UNIXが開発された当時はgitもCVSもなかったわけですが、もし当時gitがあったら?みたいなifを実現したリポジトリがGitHubにあります。
凄い時代になったものです。
非常に興味深い内容ですが、読むのは正直だるいです。私はゲーム畑の人間で、組み込みも混ざっていますが、UNIX/Linux方面は全くの素人。誰かお詳しい方に解説をお願いしたいところです。
しかしちょっとググってみた限りでは解説している人は見当たりません。止むを得ず自分で探求することに…。
PDP-7
ベル研がMultixの開発から撤退し、ファイルシステムのアイデアがお蔵入りになったケン・トンプソンはエネルギーを持て余していました。日進月歩でコンピュータの性能が高まっていたこの時代、陳腐化して誰も使わなくなったPDP-7でゲームを作っていたケン・トンプソンは、これでファイルシステムを実装してみることにしました。OSはオマケです。Multixはマルチタスクに対応した当時最先端のOSでしたが、今の基準から考えたら非常に陳腐なものでした。しかしデバイスをファイルとして扱う概念はあったようです。これはケン・トンプソンのアイデアだったのか、それともそこからUNIXに借用したのかはわかりません。
ファイル構成
uiweo@DESKTOP-HP MINGW64 /d/Users/uiweo/Documents/unix-history-repo (Research-PDP7-Snapshot-Development)
$ ls
adm.s apr.s bi.s cas.s chmod.s cp.s ds.s dsksav.s ed2.s lcase.b README.md s3.s s6.s s9.s sysmap
ald.s as.s bl.s cat.s chown.s db.s dskio.s dsw.s ind.b LICENSE s1.s s4.s s7.s scope.v trysys.s
ALU-USA-statement.pdf bc.s Caldera-license.pdf check.s chrm.s dmabs.s dskres.s ed1.s init.s maksys.s s2.s s5.s s8.s sop.s
最初のコミットは1970年6月30日。ソースコードは40ファイルの133KBしかありません。最初のUNIXはシングルプロセスでスレッドもなく、シェルもパイプもありませんでした。
システムコール
. 004671 r
.ac 004012 r
.chown 000426 r
.capt 000404 r
.creat 000665 r
.chdir 000622 r
.chmod 000414 r
.dskb 004105 r
.dspb 005547 r
.dsptm 004104 r
.dske 004106 r
.exit 001170 r
.fork 001116 r
.getuid 000433 r
.halt 001343 r
.int1 004100 r
.insys 004077 r
.int2 004101 r
.intrp 000257 r
.link 000474 r
.lpba 005550 r
.open 000633 r
…
こちらはsysmapというファイルの抜粋です。ファイルにchmodとかchownとか見えたので、コマンドかなと思ったのですが、sysmapを見ると、システムコールの実装のように見えます。
" chmode
lac 017777 i
sad d4
jmp error
lac 017777
tad d4
dac 8
tad d1
dac name
dzm octal
dzm nchar
-8
dac c1
1:
lac nchar
dzm nchar
sza
jmp 2f
lac 8 i
lmq
and o177
dac nchar
lacq
lrss 9
2:
sad o40
jmp 3f
tad om60
lmq
lac octal
cll; als 3
omq
dac octal
3:
isz c1
jmp 1b
loop:
lac 017777 i
sad d8
sys exit
tad dm4
dac 017777 i
lac name
tad d4
dac name
lac octal
sys chmode; name:0
sma
jmp loop
lac name
dac 1f
lac d1
sys write; 1:0; 4
lac d1
sys write; 1f; 2
jmp loop
1:
040;077012
error:
lac d1
sys write; 1b+1; 1
sys exit
om60: -060
o40: 040
d1: 1
d8: 8
dm4: -4
d4: 4
o177: 0177
nchar: .=.+1
c1: .=.+1
octal: .=.+1
これはchmod.sのコード。非常に小さくてシンプルです。C言語で書けば数行でしょう。最初のバージョンからchmodがあったということは、最初からパーミッションがあったということで、ちょっと驚きです。ループを回して条件を満たしたらexitするという形になっていますので、これはシステムコール内部ではなくてプロセスのようです。
.chmod:
jms isown
lac u.ac
and o17
lmq
lac i.flags
and o777760
omq
dac i.flags
jms iput
jmp okexit
s2.sというコードのほうがシステムコールになるようです。名前が同じなので紛らわしいですが、chmod.sがchmodコマンドのソースで、内部からchmodというシステムコールを呼んでおり、そのシステムコールの本体がs2.sにある、という形になります。それにしても短くてシンプルです。
デバイスドライバ
ttyin:
<tt>;<yi>;<n 040;040040
ttyout:
<tt>;<yo>;<ut>; 040040
keybd:
<ke>;<yb>;<oa>;<rd>
displ:
<di>;<sp>;<la>;<y 040
sh:
<sh>; 040040;040040;040040
system:
<sy>;<st>;<em>; 040040
password:
<pa>;<ss>;<wo>;<rd>
init.sにはデバイスドライバの名前らしきものが見えます。文字列は2文字ずつペアで定義し、8文字の固定長で、余白はスペース(40)で埋めています。
標準入力はttyin、出力はttyoutという名前が割り当てられています。パイプが実装されたのはかなり後のことなので、このドライバはそんなに複雑なことはしていないものと思われます。
init1: 0
sys fork
jmp 1f
sys open; ttyin; 0
sys open; ttyout; 1
jmp login
1:
dac pid1
jmp init1 i
init2: 0
sys fork
jmp 1f
sys open; keybd; 0
sys open; displ; 1
jmp login
1:
dac pid2
jmp init2 i
初期化処理でドライバのファイルを直接オープンしています。devディレクトリはなく、ルートにファイルがあるようです。そもそもサブディレクトリがあったかどうかも定かではありません。いちおうchdirというシステムコールはありますが、ディレクトリを作ったり削除したりするシステムコールは見当たりません。
B言語
ここまですべてアセンブラであることからもわかるように、当時のUNIXはプログラムをアセンブラで書かなければなりませんでした。
main $(
extrn read, write;
auto i, c, state, line 100;
loop:
state = i = 0;
loop1:
c = read();
if(c==4) return;
if(c==':' & state==0) state = 2;
if((c<'0' ^ c>'9'&c<'a' ^ c>'z') & state==0) state = 1;
line[i] = c;
i = i+1;
if(c!=012) goto loop1;
if(state==2 ^ i==1) goto noi;
write(' ');
write(' ');
noi:
i = 0;
loop3:
c = line[i];
write(c);
i = i+1;
if(c!=012) goto loop3;
goto loop;
$)
と思ったらB言語のコードが2つ混ざっています。最初のコミットとはいえ、それなりの量がありますので、開発が始まってから数ヶ月が経過していたところのスナップショットなのかもしれません。
これらのB言語で書かれたコードはOSの機能ではなく、言語のサンプルコード。ケン・トンプソンはBCPLをベースに言語をシンプル化したB言語を作り、それが後のC言語になったことは有名です。ちなみにケン・トンプソンは当時ベル研でもエース級の天才でした。C言語に型を導入してコンパイラ化したデニス・リッチーの方がアカデミックな臭いがしますので、そちらの方が主役だと思っている人も多いようですが。イギリス人が書いた正規表現の論文を読んで、世界で最初くらいにそれを実装したのもケン・トンプソンです。正規表現の実装はコンパイラの実装そのものですので、コンパイラにも造詣が深かったことは間違いありません。ケン・トンプソンはBSDで有名なカリフォルニア大学バークレー校の卒業生で、BSD4を開発した伝説のビル・ジョイが最初に大学で使ったコンパイラはケン・トンプソンが実装したPASCALだったそうです。いったいどれだけ仕事してるんだケン・トンプソン。
extrnで指定しているread関数とwrite関数は、リポジトリに含まれていないライブラリ関数を参照するextern宣言だと思われます。いや、ひょっとするとシステムコールを直接呼べるようになっていたのかもしれません。当時はまだリンカがなく、B言語の元になったBCPLはリンクを手作業でやらなければならなかったので、extrnはその名残りと思われます。autoは変数の定義。line 100は100要素の配列を定義しているようです。
PDP-7は18ビット機で、今でいうintは18ビットです。この当時は変数に型がなく、全部18ビットでした。readやwriteの関数がvoid型なのかint型なのかわかりませんが、必ず18ビットの値が返ってくるので指定がなかったようです。ちなみにビット数が8ビットの倍数でなかったのは、当時はまだバイトという概念がなく、初期のコンピュータでは数字は16進数(4ビット2桁の8ビット)ではなく8進数(3ビット2桁の6ビット)を使うのが普通だったためです。18ビットは6×3というわけです。C言語で8進数の先頭に0を付けるのはその時の名残で、前述のchmod.sにもo177: 0177など8進数で数字を指定している様子が見られます。
forやwhileなどの制御構文がなく、gotoだけでループを実装しています。こうなるとほとんどアセンブラです。演算子の^はORであるようです。&はANDですが、この当時は論理演算子が無かったはずなので、ビット演算子だけでなんとかしていたようです。
制御構文
main $(
auto ch;
extrn read, write;
goto loop;
while (ch != 04)
$( if (ch > 0100 & ch < 0133)
ch = ch + 040;
if (ch==015) goto loop;
if (ch==014) goto loop;
if (ch==011)
$( ch = 040040;
write(040040);
write(040040);
$)
write(ch);
loop:
ch = read()&0177;
$)
$)
とか思ってもう1つのファイルを開いたらwhileがありました。言語のバージョンアップが進んだのでしょうか。
スレデッドコード
このセクションの内容は間違いであることがわかりました。詳細はUnixの歴史を再現したリポジトリを読む⑤をご参照ください。
ドライバのところで見たttyin/ttyoutはどこで定義されているのでしょうか。
" cas
narg = i 017777
lac 017777
tad d5
dac name1
tad d4
dac name 2
lac narg
sad d4
jmp 1f
sad d8
jmp 2f
jmp 3f
1:
law ttyout
dac name1
2:
law ttyin
dac name2
3:
sys open; name2: 0; 0
cas.sの中でttyout/ttyinの文字が見えます。単にドライバにアクセスしているだけなのでしょうか? ttyの文字列は他にはもう見つかりません。
このコード、前半は普通にアセンブラですが、後半に謎のコードがあります。
:cf
v
aa
ak
x
gh
v
ga
x
mn
r
:cg
x
gf
v
gk
nk
x
kk
v
mi
mc
ka
ca
ac
ai
dl
x
mn
r
アセンブラのコードだとしたら異様な感じです。データ文としても普通の形ではありません。このcfやcgといったラベルにアクセスしている場所は見つかりません。
:less
x
cj
v
gb
kj
x
mn
r
:great
x
cb
v
gj
kb
x
mn
r
:equal
x
eb
v
ek
x
ib
v
ik
x
mn
r
scope.vというファイルにはひたすらこんなのが入っています。拡張子のvはバーチャルと思われます。*.ｖファイルはこの1つだけです。確証はありませんが、これはB言語が出力したスレデッドコードという中間コードの一種なのではないかと思われます。
スレデッドコードは仮想命令がアセンブラのニモニックに置き換えられて実行されるようです。言われてみればrとかretっぽいような気もします。しかしラベルとかジャンプ命令とかレジスタ番号とかは見えないので、それっぽいような気がするものの、実際にどんなコードになるのかはわかりません。
この仮想コードをアセンブラのソースに含んでいるのはcas.sの1つだけでした。カーネルやコマンドをB言語で書いてた、ということは、この時点ではなかったようです。
また中間コードのコンパイラやインタプリタは見つけられませんでした。
バックナンバー
Unixの歴史を再現したリポジトリを読む①
Unixの歴史を再現したリポジトリを読む②
Unixの歴史を再現したリポジトリを読む③
Unixの歴史を再現したリポジトリを読む④
Unixの歴史を再現したリポジトリを読む⑤