欧州の航空宇宙分野で名を馳せるRTOS「PikeOS」の出自はL4 Kernelにあり：リアルタイムOS列伝（52）（2/3 ページ）

[大原雄介，MONOist]

L4 KernelからカーネルもAPIもかけ離れていく流れに

　さてそれではもう少しPikeOSの中身を。SYSGOのRobert Kaiser博士（当時はManaging Director兼取締役であった。2009年からドイツのビンゲン応用科学工科大学教授、その後2011〜2023年にドイツのラインマイン大学教授を務める）とStephan Wagner氏による論文によれば、SYSGOは当初P4と呼ばれるL4 version 2.0のAPIに互換な独自のマイクロカーネルを、開発していたそうだ。L4そのものではないのは、組み込み向けに移植性を高めるために完全にC言語で記述され、また完全なPre-emptive性を備えた構成になったからだ。ただしこれを利用して作成したP4であるが、実際に組み込み向けに投入して利用すると、L4 KernelのAPIに色々問題があることが分かったそうで、最終的にPikeOSではL4 Kernelとは全く異なるAPIを提供することになった。

　カーネルそのものもスクラッチから書き直され、APIも異なるとなると、もうL4 Kernelをベースとしたという表現そのものが怪しいのだが、ただSYSGOはPikeOSの開発にあたり、L4 Kernelの元々の開発者であった（連載第19回の冒頭でも出てくる）Jochen Liedtke博士の「On micro-kernel construction」という論文で提示された原則に基づいて行われた、としているあたりは間接的にL4 Kernelの影響を受けていると言ってもよいかもしれない。

　そんなPikeOSの概略がこちら（図2）。これだとPikeOSがやたらに大きいように思えるが、ここはマイクロカーネルベースの本当に薄い層で、プリミティブなカーネルとタイプ1（ベアメタル）ハイパーバイザーのみで構成される。

図2　「PikeOS」の構成［クリックで拡大］ 出所：SYSGO

　そのPikeOSのカーネルとハイパーバイザーの上に、複数のGuest OSやUser Mode Driverが動作する、という形になっている。このGuest OSはそれぞれ異なるパーティションに割り振られる形になっているが、それらのスケジューリングもTime-triggeredとEvent-triggeredの両方がサポートされており、またマルチプロセッサ環境であれば任意のパーティションに必要な数のCPUコアを固定的に割り当てることも可能である。

　それぞれのパーティション自体は完全にアイソレーションされており、完全に独立して動作できるようになっている。ちなみにI/Oに関してはこの手の方法だと直接ハードウェアを触るのは厳禁なので、一度PikeOSでリクエストを受けて、それをPikeOSが改めて実行する形になる。ただし、利用するプロセッサがIOMMUに対応している場合は、IOMMU Managerで不正なDMA転送などを防止することで、安全性を担保しながらゲストOSが直接DMAを発行できるため、性能の向上が図れるようになっている。

　ちなみにゲストOSとしては、2005年にPikeOSが初めてリリースされた時にはLinuxの他にPOSIXとOSEKのAPIに対応していた。OSEKは連載第9回のERIKA Enterpriseの所で少し触れたが、欧州の車載向けOSである。

　POSIXの方は、これに対応したRTOSが結構色々あるから、ポーティングは難しくないとしていた。現在は？　というと、ElinOSを含むLinux、（ホストがx86に限られるが）Windows、POSIX API、ARINC 653（航空機のアビオニクス向けOSの仕様）準拠OS、PikeOS Nativeがサポートされるほか、その他のOS／RTOSの対応も可能とされる。