アクターモデルの実装

コンピュータサイエンスにおいて、アクターモデルの実装は、アクターモデルの実装に関する問題に関係します。

コズミックキューブ

Caltech Cosmic Cubeは、CaltechのChuck Seitzらによって開発され、アクターシステムのアーキテクチャサポートを提供しました。Cosmic Cubeと他の多くの並列プロセッサとの大きな違いは、このMIMD（Multiple Instruction, Multiple Data）マシンが、同時実行プロセス間の通信に共有変数ではなくメッセージパッシングを使用していることです。この計算モデルはハードウェア構造とオペレーティングシステムに反映されており、プログラマーにとって明示的なメッセージパッシング通信でもあります。Seitz [1985]によると、以下の通りです。

Cosmic Cube実験では、ノード間通信が非常に多数のノードに拡張可能であることが前提でした。ハイパーキューブのような直接ネットワークは、多数の同時通信チャネルで実現される総帯域幅と実装の実現可能性の両方において、この要件を満たします。ハイパーキューブは、実際にはオメガネットワークやバンヤンネットワークのような間接対数スイッチングネットワークの分散型です。共有ストレージ構成では、通常、均一な通信パスが使用されます。しかし、ハイパーキューブアーキテクチャでは、通信パスが通過するチャネル数が変化するため、レイテンシが異なります。これにより、通信の局所性に基づいてノードにプロセスを配置することで、パフォーマンスを最適化することができます。

Jマシン

J -Machineは、MITの Bill Dallyらによって開発され、アクターに適したアーキテクチャサポートを提供します。これには以下のものが含まれます。

非同期メッセージング
受信側アクターがローカルか非ローカルかに関係なく、同時にメッセージを送信できるアクターアドレスの均一な空間
アクターパイプラインの形式（アクターモデルを参照）

並行Smalltalk (アクターを使用してモデル化可能) は、J マシンをプログラムするために開発されました。

プロトタイプアクタープログラミング言語

Hewitt [2006]は、アクターの行動の重要な側面を直接表現するという意味において、プロトタイプのアクタープログラミング言語を提示した。メッセージはXMLで以下の記法を用いて表現される。:<tag>[<element>₁ ... <element>] for

“<”<tag>“>” <element>₁ ... <element>_n “<”/<tag>“>”

プログラミング言語のセマンティクスは、各プログラム構成要素を独自の動作を持つアクターとして表現することで定義されます。実行は、実行時にこれらの構成要素間でEvalメッセージを渡すことでモデル化されます。

環境アクター

各Evalメッセージには、プログラム識別子のバインディングを持つ環境として機能するアクターのアドレスがあります。環境アクターは不変、つまり変化しません。Request[Bind[identifier value] customer]アクター環境がを受信すると、新しい環境アクターが作成されます。新しい環境アクターがを受信すると、がと同じであればを送信し、そうでない場合はを送信しますRequest[Lookup[identifier’] customer’]。上記は、を受信するとを送信するアクターに基づいています。リクエストを受信すると、上記と同様に動作します。identifieridentifier’customer’Returned[value]Environment Request[Lookup[identifier’] customer’]EmptyEnvironmentRequest[Lookup[identifier] customer]customerThrown[NotFound[identifier]]BindEmptyEnvironmentEnvironment

表現

プロトタイププログラミング言語には、次の種類の式があります。

<識別子>: Request[Eval[environment] customer]受信したら送信environmentRequest[Lookup[<identifier>] customer]

送信<受信者> <通信>: を受け取ったらRequest[Eval[environment] customer]、新しいアクターを次の場所に送ります。<recipient>Request[Eval[environment] evalCustomer₁]evalCustomer₁; 通信を受信したら送信するevalCustomer₁Returned[theRecipient]<communication>; Request[Eval[environment] evalCustomer₂]新たなアクターはどこにいるのかevalCustomer₂; 通信を受信したら、を送信します。evalCustomer₂Returned[theCommunication]theRecipienttheCommunication

<受信者>.<メッセージ>: 受信したらRequest[Eval[environment] customer]、次のように送信します<recipient>Request[Eval[environment] evalCustomer₁]; 通信を受信したら、次のように送信します。evalCustomer₁Returned[theRecipient]<message>Request[Eval[environment] evalCustomer₂]; 通信を受信したら送信するevalCustomer₂Returned[theMessage]theRecipient; Request[theMessage customer]

受信者... <パターン> _i <式> _i ...: を受け取ったらRequest[Eval[environment] customer]、customer新しいアクターを送信しtheReceiverて; theReceiver通信を受信したらcom、新しいbindingCustomer環境を作成して送信する; Request[Bind[<pattern>_i com] bindingCustomer]そして; bindingCustomer受信した場合Returned[environment’]、送信<expression>_i; Request[Eval[environment’]]; bindingCustomerそれ以外の場合はThrown[...]、<pattern>_i+1

動作... <パターン> _i <式> _i ...

を受け取ったらRequest[Eval[environment] customer]、顧客に新しいアクターを送信しtheReceiverて

theReceiverを受け取ったらRequest[message customer’]、新しいものを作成しbindingCustomerて送信しますenvironment

Request[bind[<pattern>_i message] customer’]そして

bindingCustomer受信した場合Returned[environment’]、送信<expression>_i
Request[Eval[environment’] customer’]
bindingCustomerそれ以外の場合はThrown[...]、<pattern>_i+1

{<式> ₁ , <式> ₂ }: を受信したらRequest[Eval[environment] customer]、を送信し、同時にを送信します。<expression>₁Request[Eval[environment]]<expression>₂Request[Eval[environment]] customer]

let <識別子> = <式> _valuein <式> _body: 受信したらmessage[Eval[environment] customer]、新しいものを作成しevalCustomerて送信します<expression>_value; Request[Eval[environment] evalCustomer₁。; evalCustomerを受け取ったらReturned[theValue]、新しいものを作成しbindingCustomerて送信しますenvironment; Request[bind[<identifier> theValue] bindingCustomer]; bindingCustomer受信したらReturned[environment’]送信<expression>_bodyRequest[Eval[environment’] customer]

シリアライザー<式>: が受信されたらRequest[Eval[environment] customer]、新しいアクターを送信し、送信された通信は、customerReturned[theSerializer]最初は動作アクターでFIFO順に処理されます。theSerializertheSerializer<expression>.Eval[environment]; 通信comがによって受信されると、は新しいアクターであり、次のような動作theSerializerアクターを送信します。Request[com customer’]customer’; customer’がを受信するとReturned[theNextBehavior]、はtheNextBehaviorが受信する次の通信の動作アクターとして使用されますtheSerializer。

サンプルプログラム

任意のアクターのアドレスを格納できる単純なストレージセルのプログラム例は次のとおりです。

セル ≡

受信機

リクエスト[[初期]顧客の作成]

顧客に返信[シリアライザーReadWrite(初期)]を送信

ストレージセルを作成する上記のプログラムは、次のように定義される ReadWrite 動作を利用します。

読み取り書き込み(コンテンツ) ≡

行動

リクエスト[読み取り[]顧客]

{顧客にReturned[contents]、ReadWrite(contents)を送信します}

リクエスト[write[x] customer]

{顧客を送信Returned[], ReadWrite(x)}

上記の動作はパイプライン化されています。つまり、動作は、後続の読み取りまたは書き込みメッセージを処理している間も、前の読み取りまたは書き込みメッセージを処理している可能性があります。たとえば、次の式は、初期内容が 5 のセル x を作成し、次に同時に値 7 と 9 を書き込みます。

x = Cell.Create[5]を{x.write[7], x.write[9], x.read[]}で記述する

上記の式の値は 5、7、または 9 です。

参照

参考文献

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