リアルタイムモニタ（ZealMon）の製作（その２）セマフォの実装

　前回の記事でライトウェイトである程度高速なリアルタイムモニタ／リアルタイムＯＳ（以降、モニタと記す）の製作について書きましたが、今回はこれにセマフォ管理機能を追加したので記録して置きたいと思います。

　前回の記事でも書いたように今回制作したモニタの特徴の一つとしてタスクの状態の情報をＴＣＢ（タスクコントロールブロック）には持たずにキューで管理することでＴＣＢの更新箇所を最小限にするというのがあります。今回追加するセマフォ機能もこのコンセプトを継承します。

　セマフォは Wikipedia にも書いてあるようにカウンティングセマフォとバイナリセマフォがあります。今回は汎用性の高いカウンティングセマフォを実装することにします。
　セマフォ管理データは一つのセマフォに付き２バイトで初期値を管理対象のリソース数とします。

セマフォ管理データの構造

　セマフォの操作は次のようにしました。

• セマフォの獲得（Ｐ操作）
  　セマフォ管理データの上位バイトがゼロ^※1で下位バイトが１以上の場合は使用可能なリソースが残っていることを示し、リソース確保のためにこの値をディクリメントします。
  　上記以外の場合はセマフォ管理データを待ちキューとして使い、セマフォを要求したタスクのＴＣＢをリンクに追加し、ウェイト状態として扱います。
  　^{※1 ＴＣＢの上位アドレスは零ではない前提を利用した管理方法です}
  
• セマフォの解放（Ｖ操作）
  　セマフォ管理データのキューにＴＣＢがある場合（上位バイトがゼロではない場合）は末尾のＴＣＢをキューから外してレディーキューに追加します。セマフォのキューが空になった時はポインタが NULL（＝ゼロ）になるのでカウントデータとしてシームレスに使用できます。
  　セマフォのキューにＴＣＢが無い場合はセマフォー管理データをカウンタとして使用し、インクリメントします。
  

　実装はメチャ簡単そうですね。それでは実際にセマフォ機能を使ったデモを作ってみましょう（デモ作りの方が遥かに大変でした）。
　今回のデモは前回と同様にネット上で公開されているブラウザで動作するＭＳＸ環境のＭＳＸＰｅｎを使ってＧＡＭＥ言語インタープリタを同時に二つ動かしてみます。
　以前ＣＰ／Ｍに移植したＧＡＭＥ言語のインタープリタ＆コンパイラをＧＡＭＥＣとして公開しましたが、今回はコンカレントなＧＡＭＥ言語インタープリタなのでＣＧＡＭＥですｗ

　画面表示制御は高速化のためＶＤＰを直に制御しています。ＴＥＸＴ２（８０字モード）の画面での実行を前提にしているので実行前に mode 80 のコマンドで８０文字モードにしています。
　「コントロールＡ」の操作でキー所有のタスクが変わります。キーの所有管理は上記のセマフォで行っています。

コンカレントＧＡＭＥインタープリタ動作中の様子

　今回作成したデモソフトを下記のリンクからダウンロードできます。

• ZEALMONDEMO.zip

　Twitter(X)に投稿した動画付きメッセージを貼っておきます。

先日作成のZ80用リアルタイムモニタにセマフォを追加しました
前回同様MSXPen上で動くデモを作成しました
GAME言語を二つ同時に動かしてみました^^
CPUが一つなので片方の表示を止めるともう一方が速くなります
詳細は下記URLを参照https://t.co/GkkczEnVIk#RealTimeMonitor #ZealMon #Z80 #MSXPen https://t.co/9pZGOttzus pic.twitter.com/JzJugqqfyq

— skyriver (@wcinp) October 13, 2023

★追記　2023/10/15
　上記の動画の動作について若干補足します。

• 連続表示中にキー資源の所有を失うと少し速くなる理由
  　連続表示中にも常にキーセンスをしていてキー資源を所有している場合は BIOS のキーセンス処理をコールしますが、キー資源を所有していない場合は実際のキーセンス処置を呼ばずにキー入力無しと判断するようにしているためです（つまりキーセンス処理が軽くなるので速くなる）。
  
  
• 連続表示中にもう一方のタスクがキー入力状態になると表示が速くなる理由
  　キー入力処理ではキーセンス後、キー入力が無い場合、タイマー待ち状態になり、タイムアウト後に再度キーセンスをコールする処理を繰り返しています。このためタスクは多くの時間タイマー待ち状態で止まっていて CPU 資源を殆ど消費しないためです。
  
  

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タグ：semaphore セマフォ prog BlogRealTimeMonitor リアルタイムＯＳ リアルタイムモニタ