第14章

第13章に引き続きプリエンプティブマルチタスクを実装する章です。第14章ではタスクのスリープや優先度を実装します。

タスクのスリープ (day14a)

タスクのスリープを実装します。また、 s キー、 w キーの入力でタスクBをスリープ状態にしたり実行状態にしたりします。

実装は C++ 版とおおよそ同じです。 Rust 版固有の作り込みとして、コンテキストスイッチ時の Arc の取り扱いがあります。

static TASK_MANAGER: OnceCell<Mutex<TaskManager>> = OnceCell::uninit();

#[derive(Debug)]
struct TaskManager {
    tasks: BTreeMap<TaskId, Arc<Task>>,
    wake_queue: VecDeque<TaskId>,
}

impl SwitchTask {
    fn switch(self) {
        assert!(Arc::strong_count(&self.next_task) > 1);
        assert!(Arc::strong_count(&self.current_task) > 1);
        unsafe {
            let next_task_ptr = Arc::as_ptr(&self.next_task);
            let current_task_ptr = Arc::as_ptr(&self.current_task);
            drop(self.next_task);
            drop(self.current_task);
            #[allow(clippy::unwrap_used)]
            let next_task = next_task_ptr.as_ref().unwrap();
            #[allow(clippy::unwrap_used)]
            let current_task = current_task_ptr.as_ref().unwrap();

            Task::switch(next_task, current_task)
        }
    }
}

Task 構造体は TaskManager 構造体の tasks フィールドに Arc<Task> という形で格納されています。 TaskManager 構造体は複数のコンテキストからアクセスするために static 変数 TASK_MANAGER に保持されており、アクセスするためには Mutex ロックの取得が必要です。このため、コンテキストスイッチ時にロックを取得したままだと次回のコンテキストスイッチ時にロックを取得しようとしてデッドロックになってしまうため、以下のような順序で処理するようにしました。

TASK_MANAGER のロックを取得
現在実行中のタスクと次にコンテキストスイッチするタスクの Arc<Task> のクローンを取得
TASK_MANAGER のロックを解除
コンテキストスイッチ対象の Arc<Task> から *const Task を取得し、 Arc<Task> は drop する
コンテキストスイッチを実行

4 で *const Task を取得しているのは、 Arc<Task> の drop (参照カウントのデクリメント) をコンテキストスイッチ前に行いたいためです。 4~5 の時点では TaskManager が Arc<Task> を保持しているため、ポインタの指す先の領域が解放されることはないはずです。

イベント発生時にタスクを起床させる & アイドル時にタスクをスリープさせる (day14b)

イベント待ち状態になったタスクをスリープ状態にする & 他タスクに対してイベント通知をする際に当該タスクを起床状態にするという節です。これにより、OS の応答性が向上します。

C++ 版ではタスク間でイベントをやりとりするためのイベントキュー関連処理でタスクの起床/スリープを行っていました。 Rust 版では async-await の仕組みを採用しているため、 async-await の waker の仕組みと連携できると良さそうです。

まずは、新たに生成されたタスクで async-await が使えるよう、タスクごとにランタイム (executor) を持つようにしました。

第14章

タスクのスリープ (day14a)

イベント発生時にタスクを起床させる & アイドル時にタスクをスリープさせる (day14b)

タスクに優先度をつける (day14c)

アイドルタスクを追加 (day14d)

バグ修正

第15章

ウインドウ描画をメインタスクで行うようにする (day15a)

アクティブウインドウの追加 (day15b)

ターミナルの追加 (day15c)

描画速度の高速化 (day15d)

バグ修正

第16章

まとめ