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% ./a.out
hello
%
情報システム概論 I
筑波大学 システム情報工学研究科
コンピュータサイエンス専攻, 電子・情報工学系
新城 靖
<yas@is.tsukuba.ac.jp>
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http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/
オペレーティングシステムについては、３年生の専門科目「オペレーティング システム I」、「オペレーティングシステム II」、「システムプログラム」で 学ぶ。
次のものは、オペレーティング・システムの要素ではない。
言語には文法や語彙がある。
#
# write-hello.s -- 画面に hello と表示するプログラム
#
.text
.align 2
.globl _main
_main:
li r3,1
addis r4,0,ha16(hellonl)
addi r4,0,lo16(hellonl)
li r5,6
li r0,4
sc
li r0,1
sc
hellonl:
.byte 104
.byte 101
.byte 108
.byte 108
.byte 111
.byte 10
% cc write-hello.s
% ./a.out
hello
%
アセンブリ言語について詳しくは、２年生の「機械語序論」で学ぶ。
システムコールについて詳しくは、３年生の「システムプログラム」で学ぶ。
アセンブリ言語（機械語）は、機械にはわかりやすいが 人間にはわかりにくい。
注意：「ライブラリ」にはいくつかの意味がある。オペレーティング・システ ムの文脈では、システムコールとライブラリを区別する。
図? ソース・プログラムらプロセスまで
% cat -n today.c
1 #define TODAY "Monday"
2 main()
3 {
4 printf("Today is %s.\n",TODAY );
5 }
% cc today.c
% ./a.out
Today is Monday.
%
% cc -v today.c
% gcc -v today.c
Using built-in specs.
Target: powerpc-apple-darwin8
Configured with: /private/var/tmp/gcc/gcc-5247.obj~4/src/configure --d
isable-checking -enable-werror --prefix=/usr --mandir=/share/man --ena
ble-languages=c,objc,c++,obj-c++ --program-transform-name=/^[cg][^.-]*
$/s/$/-4.0/ --with-gxx-include-dir=/include/c++/4.0.0 --build=powerpc-
apple-darwin8 --host=powerpc-apple-darwin8 --target=powerpc-apple-darw
in8
Thread model: posix
gcc version 4.0.1 (Apple Computer, Inc. build 5247)
/usr/libexec/gcc/powerpc-apple-darwin8/4.0.1/cc1 -quiet -v -D__DYNAMI
C__ today.c -fPIC -quiet -dumpbase today.c -auxbase today -version -o
/var/tmp//cc1bbrh4.s
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/powerpc-apple-darwin8/4.0
.1/../../../../powerpc-apple-darwin8/include"
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here:
/usr/local/include
/usr/lib/gcc/powerpc-apple-darwin8/4.0.1/include
/usr/include
/System/Library/Frameworks
/Library/Frameworks
End of search list.
GNU C version 4.0.1 (Apple Computer, Inc. build 5247) (powerpc-apple-darwin8)
compiled by GNU C version 4.0.1 (Apple Computer, Inc. build 5247).
GGC heuristics: --param ggc-min-expand=100 --param ggc-min-heapsize=131072
Compiler executable checksum: 293c7bb043389dbe08b10e2d17bba0c4
today.c: In function 'main':
today.c:4: warning: incompatible implicit declaration of built-in func
tion 'printf'
as -arch ppc -o /var/tmp//ccAQE1HQ.o /var/tmp//cc1bbrh4.s
/usr/libexec/gcc/powerpc-apple-darwin8/4.0.1/collect2 -dynamic -arch
ppc -weak_reference_mismatches non-weak -o a.out -lcrt1.o /usr/lib/gcc
/powerpc-apple-darwin8/4.0.1/crt2.o -L/usr/lib/gcc/powerpc-apple-darwi
n8/4.0.1 -L/usr/lib/gcc/powerpc-apple-darwin8/4.0.1 -L/usr/lib/gcc/pow
erpc-apple-darwin8/4.0.1/../../.. /var/tmp//ccAQE1HQ.o -lgcc -lSystemS
tubs -lSystem
%
図? ccコマンドの背後で動いているプログラム
% cat today.c
#define TODAY "Monday"
main()
{
printf("Today is %s.\n",TODAY );
}
% cc -E today.c > today.i
% cat today.i
# 1 "today.c"
# 1 ""
# 1 ""
# 1 "today.c"
main()
{
printf("Today is %s.\n","Monday" );
}
%
Ｃ言語のプリプロセッサは、Ｃ言語そのものではなく、マクロプロセッサ。
% cpp today.c
# 1 "today.c"
# 1 ""
# 1 ""
# 1 "today.c"
main()
{
printf("Today is %s.\n","Monday" );
}
%
% cpp
#define apple orange
apple computer
^D
# 1 ""
# 1 ""
# 1 ""
# 1 ""
orange computer
%
Ｃプリプロセッサの機能
% cat macro.c
#include
#define begin {
#define end }
#define ever ;;
#define OR ||
main()
begin
int c ;
for(ever)
begin
if( (c=getchar()) == 'X' OR c == EOF )
break;
putchar(toupper(c));
end
end
% cc macro.c -o macro
% ./macro
aaa
AAA
X
%
% cat today.c
#define TODAY "Monday"
main()
{
printf("Today is %s.\n",TODAY );
}
% cc -S today.c
today.c: In function 'main':
today.c:4: warning: incompatible implicit declaration of built-in function 'printf'
% cat today.s
.section __TEXT,__text,regular,pure_instructions
.section __TEXT,__picsymbolstub1,symbol_stubs,pure_instructions,32
.machine ppc
.cstring
.align 2
LC0:
.ascii "Today is %s.\12\0"
.align 2
LC1:
.ascii "Monday\0"
.text
.align 2
.globl _main
_main:
mflr r0
stmw r30,-8(r1)
stw r0,8(r1)
stwu r1,-80(r1)
mr r30,r1
bcl 20,31,"L00000000001$pb"
"L00000000001$pb":
mflr r31
addis r2,r31,ha16(LC0-"L00000000001$pb")
la r3,lo16(LC0-"L00000000001$pb")(r2)
addis r2,r31,ha16(LC1-"L00000000001$pb")
la r4,lo16(LC1-"L00000000001$pb")(r2)
bl L_printf$stub
lwz r1,0(r1)
lwz r0,8(r1)
mtlr r0
lmw r30,-8(r1)
blr
.section __TEXT,__picsymbolstub1,symbol_stubs,pure_instructions,32
.align 5
L_printf$stub:
.indirect_symbol _printf
mflr r0
bcl 20,31,"L00000000001$spb"
"L00000000001$spb":
mflr r11
addis r11,r11,ha16(L_printf$lazy_ptr-"L00000000001$spb")
mtlr r0
lwzu r12,lo16(L_printf$lazy_ptr-"L00000000001$spb")(r11)
mtctr r12
bctr
.lazy_symbol_pointer
L_printf$lazy_ptr:
.indirect_symbol _printf
.long dyld_stub_binding_helper
.subsections_via_symbols
%
% ls today.*
today.c
% cc -c today.c
% ls today.*
today.c today.o
%
% cc -v today.o -o a.out
Using built-in specs.
Target: powerpc-apple-darwin8
Configured with: /private/var/tmp/gcc/gcc-5247.obj~4/src/configure --d
isable-checking -enable-werror --prefix=/usr --mandir=/share/man --ena
ble-languages=c,objc,c++,obj-c++ --program-transform-name=/^[cg][^.-]*
$/s/$/-4.0/ --with-gxx-include-dir=/include/c++/4.0.0 --build=powerpc-
apple-darwin8 --host=powerpc-apple-darwin8 --target=powerpc-apple-darw
in8
Thread model: posix
gcc version 4.0.1 (Apple Computer, Inc. build 5247)
/usr/libexec/gcc/powerpc-apple-darwin8/4.0.1/collect2 -dynamic -arch
ppc -weak_reference_mismatches non-weak -o a.out -lcrt1.o /usr/lib/gcc
/powerpc-apple-darwin8/4.0.1/crt2.o -L/usr/lib/gcc/powerpc-apple-darwi
n8/4.0.1 -L/usr/lib/gcc/powerpc-apple-darwin8/4.0.1 -L/usr/lib/gcc/pow
erpc-apple-darwin8/4.0.1/../../.. today.o -lgcc -lSystemStubs -lSystem
%
様々なライブラリら実行時ルーチンが参照されている。
逆アセンブラは、機械語をアセンブリ言語に戻す。 gdb (GNU Debugger) には、逆アセンブルの機能がある。
% cc -c today.c
today.c: In function 'main':
today.c:4: warning: incompatible implicit declaration of built-in function 'printf'
% ls -l today.o
-rw-r--r-- 1 yas prof 812 Jan 25 23:32 today.o
% gdb today.o
GNU gdb 6.1-20040303 (Apple version gdb-434) (Wed Nov 2 17:28:16 GMT 2005)
Copyright 2004 Free Software Foundation, Inc.
GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
Type "show copying" to see the conditions.
There is absolutely no warranty for GDB. Type "show warranty" for details.
This GDB was configured as "powerpc-apple-darwin"...
warning: Can't find LC_SEGMENT.__DATA.__data section in symbol file
(gdb) x/8x main
0x0 : 0x7c0802a6 0xbfc1fff8 0x90010008 0x9421ffb0
0x10 : 0x7c3e0b78 0x429f0005 0x7fe802a6 0x3c5f0000
(gdb) x/10i main
0x0 : mflr r0
0x4 : stmw r30,-8(r1)
0x8 : stw r0,8(r1)
0xc : stwu r1,-80(r1)
0x10 : mr r30,r1
0x14 : bcl- 20,4*cr7+so,0x18
0x18 : mflr r31
0x1c : addis r2,r31,0
0x20 : addi r3,r2,104
0x24 : addis r2,r31,0
(gdb)
以下は、Lisp の一種、Scheme での実行例。
% open "/Applications/PLT Scheme v301/DrScheme.app"
%
図? DrSchemeの画面(MacOSX)
Lisp (Scheme) については、２年生の科目「ソフトウェア技法」で学ぶ。プログラミング言語の２種類の動作方法の違い
図? javac コマンドと java コマンド
% cat PrintHello.java
class PrintHello
{
public static void main(String args[])
{
System.out.println("hello");
}
}
% javac PrintHello.java
% ls PrintHello.*
PrintHello.class PrintHello.java
% java PrintHello
hello
%
javaコマンドは、「Javaバイトコード」を解釈実行する変りに、機械語にコン
パイルして実行することもある。このコンパイラは、Just in time (JIT) コ
ンパイラと呼ばれる。
２種類の仮想計算機
Java仮想計算機を使うと、さまざまな種類ハードウェア(CPU)やオペレーティ
ング・システムで共通にバイトコードが使えるようになる。
図? 共通のバイトコードが使える
インタプリタ（仮想計算機）の大部分は、Ｃ言語で記述されている。 インタプリタ自身は、それぞのハードウェアの機械語にコンパイルされている。
% ls PrintHello.class
PrintHello.class
% javap -c PrintHello
Compiled from "PrintHello.java"
class PrintHello extends java.lang.Object{
PrintHello();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."":()V
4: return
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: getstatic #2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: ldc #3; //String hello
5: invokevirtual #4; //Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
8: return
}
%
% gs
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GS>1 2 add 3 mul =
9
GS>^D
1 に 2 を足し、3を掛けたものを表示。
% cat box.ps
%!
newpath
20 20 moveto
20 80 lineto
80 80 lineto
80 20 lineto
closepath
stroke
showpage
% gs -g200x200 box.ps
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>>showpage, press to continue<<
GS>^D
%
図? GhostScript による PostScript プログラムの実行(画面表示)