PicoRubyではじめる自作カーネル入門

PicoRubyKaigi 2026 Assemble

Transcript

1. PicoRubyではじめる 自作カーネル入門 S.H.
2. 自己紹介 S.H. Hamada.rb ESM, Inc. 最近はOSのカーネルに興味がある 自作カーネルなどでCRubyを移植して遊んでいる
3. PicoRubyを 使ってますか？
4. 何に使っている？ PicoRubyで音を鳴らす？ PicoRubyでゲームを作る？ PicoRubyで電子工作をする？ 僕は自作のカーネルを作るのに使っています
5. カーネルを作るきっかけ 『Ruby on Bare Metal』 RubyKaigi 2026 LT CRubyをベアメタル環境で動かす試み 動かすためのカーネル部分をCで書いていた
6. のめり込んでいった 『Lightning Talk on Steam Deck with Ruby』@松 江Ruby会議12 『Paint it Red!』@北陸Ruby会議02 『Run Ruby Everywhere with the seL4 Microkernel』@RubyWorld Conference 2026
7. 自作カーネルの面白さ いろいろなハードで動かせて楽しい Steam Deckの上に移植したCRubyでLTとか カーネルの仕組みについても知れる
8. 課題もあった CかRustでカーネルを書くことが多い Rubyほどシンプルに書けない なんとか低レイヤーもRubyで書けないか メモリ管理とかRubyで書けると楽にならないか
9. PicoRubyで カーネルを実装 すればいいのでは？
10. PicoRubyで書くメリット Rubyでカーネルを書けると楽しそう システムコールとかRubyで書けたら楽しいのでは？ せっかくCRubyを動かすカーネルを書くのであれ ば、Rubyでカーネルを書きたくなりますよね？
11. PicoRubyは カーネル開発に 向いているか？
12. 個人的な仮説 全てをCで書かなくて済むので入門には良さそう Rubyでsyscallを書けるのであればカーネルの勉強に 良さそう ただ実装を進めてみないと分からない
13. PicoRubyを カーネル開発で 使ってみた
14. 作ったもの picoruby-kernel https://github.com/S-H-GAMELINKS/picorubykernel Cで書いていた自作カーネルを参考にしている
15. 構成 Cでの実装と同様にmusl libcを使う PicoRuby(mruby VM)でカーネルの一部の機能を実 装 CRuby 4.0.6 + irb/Relineがユーザーランド
16. 全体のアーキテクチャ
17. RubyとCの役割分担 できるだけRubyで書ける場所はRubyを使う Cのほうが向いていそうなところはCを使う ハードウェアを直接触る部分とか
18. Rubyに任せた部分 一部のsyscall処理 端末部分 メモリ管理 VFS
19. Cに任せた部分 syscallの一部 syscallのRubyへの振り分け処理 割り込み タイマー シリアル
20. syscallの振り分け syscall番号のビットマップでRubyに渡すかを決める syscallを1つずつRubyへ移せる bridge_route(1 bridge_route(0 bridge_route(2 bridge_route(16 bridge_route(9 /* SYS_write /* SYS_read /* SYS_open /* SYS_ioctl /* SYS_mmap */); */); */); */); */);
21. Rubyでsyscallを分岐 def self.dispatch(number, a1, a2, a3, a4, a5, a6) case number when NR_WRITE then sys_write(a1, a2, a3) when NR_READ then sys_read(a1, a2, a3) when NR_OPEN then sys_open(a1) when NR_IOCTL then sys_ioctl(a1, a2, a3) when NR_MMAP then sys_mmap(a2, a5, a6) else ENOSYS end end
22. メモリ管理もRuby Multibootの情報からメモリの量を調べる 空き領域を「開始位置と長さ」のリストで管理 PicoRubyのVM用メモリの使用量を抑えるため 解放された領域は隣の空き領域と結合して再利用する FREE = [[start, length], ...]
23. I/OポートはCで操作 シリアルはI/Oポートに1バイトずつ読み書きする CPUのin/out命令を使う部分があるためC側に実装し た outb(COM1 + COM_DATA, c); inb(COM1 + COM_DATA); /* 1文字書く */ /* 1文字読む */
24. デモ QEMUを使用して行います PicoRubyが使われたカーネル上でirbを動かします 行編集、履歴、Tab補完など 余裕があればFPSゲームもやりたい
25. 答え合わせ
26. PicoRubyは カーネル開発に 向いているか？
27. 向いている
28. なぜ向いているのか Cでベースを作り、ロジックはRubyで書くことがで きる 一部のsyscallやメモリ管理などをRubyで書ける RubyistとしてはCより扱いやすい 入門には良い Cだけを書くよりはモチベーションが維持しやすい
29. オススメの入門方法 QEMUで「Hello World」と表示するカーネルを書く CとPicoRubyで書いてみる Cやハードウェアの分からない部分はLLMにサポート してもらう 意外とローカルLLMでも良いサポートが得られる
30. 必要な環境 QEMU PicoRubyとCがビルドできる環境 Cの標準ライブラリ(musl libcなど) 必要であればmakeなどのビルド自動化ツール
31. 実装手順 Cで起動する最小構成のカーネルを作る Rubyのコードで「Hello World」を書く CにバイトコードとしてRubyのコードを埋め込む picorbcで変換すればよい
32. Rubyのコード putsで出力するだけのシンプルなコード puts "Hello, World!"
33. Cのコード カーネル内でVMを初期化し、Rubyのコードを処理 させる mrb_state *mrb = mrb_open_with_custom_alloc( pool, sizeof(pool)); mrb_define_method(mrb, mrb->kernel_module, "puts", kernel_puts, MRB_ARGS_ANY()); mrb_load_irep(mrb, hello_rb);
34. Hello Worldまでの流れ
35. その後 好きなように拡張してみる 入出力をサポートしてみるとか 簡単なゲームを作って動かしてみるとか
36. まとめ PicoRubyで自作カーネルは開発できる PicoRubyはカーネル開発の入門に向いている Rubyを使ったカーネルの上でCRubyが動くのは楽し い