Design and implementation of Gauche

Shiro Kawai

Scheme Arts, LLC

Gaucheとは (1)

• Scripting用途を重視したScheme処理系
• Embedded scheme engineとしても使用可

Gaucheとは (2)

• R5RS, SRFI
• pthread
• マルチバイト文字
• CLOS風OO w/MOP

開発の背景

• Perlの気軽さ、便利さ、OSとの親和性
• Common Lispの頑健性、スケーラビリティ
• アプリ組み込みの容易さ(Tclとか)

Why Scheme?

• "Bottom to top"
• 抽象度の階段を、上から下まで制限なく触りたい
• 上のほう
• 関数型プログラミングによる抽象化
• CLOS
• 下のほう
• Unixシステムコール
• バイナリ操作
• 性能チューニング

Why 俺処理系?

• 全てのニーズを満たす処理系が無かった
• 既存の処理系をいじるには根本的な変更が必要
• マルチバイト文字列
• マルチスレッド
• GC

開発の経過

• 2001-2002はじめ (〜version 0.5)
• プロダクション内でSTkの置き換え
• R5RS, Module system, Unit testing, Object system, Regexp, Multibyte handling
• -2004半ば (〜version 0.8)
• Gaucheで実用アプリを書くための基盤
• Documentation, Multithreading, Libraries, Performance tuning
• -2008はじめ (version 0.8.x)
• 実用コードを書きつつ仕様整備
• C API, more libraries

どのくらい使っているか

• Gaucheそのものでサービス提供、納品
• サーバサイド - kahua案件
• 納品の場合、Gauche一式をソースサブツリーに添付
• 開発のワークフローサポートツールとしてGauche使用
• PS2アセンブリチューニング
• ゲームデータフォーマット変換
• 仕様からコードやテストデータ生成
• 日常の使い捨てスクリプト

トレードオフ (1)

• GCはBoehm GC
• 性能と移植性/メンテナンス可能性の両立
• マルチスレッド
• ライトバリア
• Cスタックスキャン
• Cルーチンとの親和性
• 実行時にコンパイル+VM
• 性能と移植性/メンテナンス可能性のバランス

トレードオフ (2)

• コアのランタイムはC
• Cアプリからも呼びたい
• 性能を出しやすい
• コンパイラはGauche自身
• 最適化コンパイラ自体を書きやすい
• 当初はCだったがGauche自身の性能が上がってGaucheで書けるようになった
• VMはC
• 性能を出しやすい
• いずれ仕様記述からCを自動生成 (複合insn等)

Cとのインタフェース

• TCO
• 2種類のAPIで対応 (Call-returnとCPS)
• 型変換
• APIはC向け
• stub generatorでScheme界とつなぐ
• いずれはdynamic ffiも (c-wrapper)

VM

• Stack VM
• Frames allocated on stack
• Environment frames moved to heap when captured (closure)
• Continuation frames moved to heap when captured (call/cc)
• No heap-to-stack pointers

コンパイラ

• 3 pass
• Pass 1 - S式→IForm (tree)、マクロ展開
• Pass 2 - 最適化
• Pass 3 - コード生成

性能チューニング

• コンパイラ
• クロージャ変換
• プリコンパイルによるオーバヘッド削減
• VM
• 複合インストラクション (CISC的)
• レジスタスピルに注意
• allocation/GC避け
• アロケートしないプリミティブ
• fast flonum extension

宣伝

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