feat(proc): process table, posix_spawn(), scheduler, and IPC

PROGRESS.md

@@ -42,19 +42,36 @@
   - `help` - ヘルプ表示
   - `clear` - 画面クリア
   - `echo` - テキスト出力
-  - `ps` - プロセス一覧 (スタブ) 
+  - `ps` - プロセス一覧
+  - `kill` - プロセス終了
+  - `spawn` - テストプロセス生成
   - `ls` - ファイル一覧 (スタブ) 
   - `cat` - ファイル表示 (スタブ) 
   - `about` - システム情報
   - `exit` - 終了
 
-#### 6. GUI/ブラウザ統合
+#### 6. プロセス管理
+- [x] プロセステーブルの実装
+  - [x] プロセス制御ブロック (PCB)
+  - [x] 最大64プロセスのサポート
+  - [x] プロセス状態管理 (UNUSED, INIT, READY, RUNNING, WAITING, ZOMBIE, TERMINATED)
+- [x] `posix_spawn` 実装 (fork()の代替)
+- [x] プロセススケジューラー
+  - [x] ラウンドロビンスケジューリング
+  - [x] レディキュー管理
+  - [x] 協調的マルチタスキング (WebAssembly制約)
+- [x] プロセス間通信 (IPC)
+  - [x] メッセージパッシング
+  - [x] パイプ実装
+  - [x] ブロッキング/ノンブロッキング操作
+
+#### 7. GUI/ブラウザ統合
 - [x] ターミナルウィンドウ UI
 - [x] ウィンドウマネージャー (ドラッグ、最大化) 
 - [x] stdin/stdout のブラウザ統合
 - [x] コマンドハンドラー経由の入力処理
 
-#### 7. ビルドシステム
+#### 8. ビルドシステム
 - [x] Ninja ビルドシステム
 - [x] TypeScript/JavaScript モジュール構造
 - [x] CSS分離
@@ -63,54 +80,48 @@
 
 ### 高優先度
 
-#### 1. プロセス管理
-- [ ] プロセステーブルの実装
-- [ ] `fork()` の代替実装 (`posix_spawn`) 
-- [ ] プロセススケジューラー
-- [ ] プロセス間通信 (IPC) 
-
-#### 2. ファイルシステム
+#### 1. ファイルシステム
 - [ ] 実際のファイルシステム実装
 - [ ] IndexedDB バックエンド
 - [ ] ディレクトリ操作 (mkdir, rmdir) 
 - [ ] ファイル操作 (open, read, write, close) 
 - [ ] パーミッション管理
 
-#### 3. ネットワーク
+#### 2. ネットワーク
 - [ ] ソケット API の実装
 - [ ] WebSocket ベースのネットワーク層
 - [ ] 基本的なネットワークコマンド (ping, wget 相当) 
 
 ### 中優先度
 
-#### 4. シェル拡張
+#### 3. シェル拡張
 - [ ] パイプ機能
 - [ ] リダイレクト
 - [ ] 環境変数
 - [ ] ジョブコントロール
 - [ ] コマンド履歴
 - [ ] タブ補完
 
-#### 5. デバイスドライバ
+#### 4. デバイスドライバ
 - [ ] キーボードドライバ (詳細な入力処理) 
 - [ ] マウスドライバ
 - [ ] フレームバッファドライバ (グラフィックス) 
 
-#### 6. 標準ユーティリティ
+#### 5. 標準ユーティリティ
 - [ ] 基本的なUNIXコマンド群
   - [ ] `cp`, `mv`, `rm`
   - [ ] `grep`, `sed`, `awk`
   - [ ] `vi` または `nano` エディタ
 
 ### 低優先度
 
-#### 7. 高度な機能
+#### 6. 高度な機能
 - [ ] マルチスレッド (pthread) 
 - [ ] 共有ライブラリ
 - [ ] デバッガー
 - [ ] パッケージマネージャー
 
-#### 8. パフォーマンス最適化
+#### 7. パフォーマンス最適化
 - [ ] メモリ管理の最適化
 - [ ] ファイルシステムキャッシュ
 - [ ] コンパイラ最適化
@@ -126,7 +137,6 @@
    - procfs の完全な実装が必要 (`kernel/fs/vfs.c:183`) 
 
 3. **標準ライブラリ**
-   - 可変引数の処理が未実装 (`kernel/lib/stdio.c:95-96, 103-104`) 
    - 数値変換が未実装 (`kernel/drivers/console.c:111`) 
 
 4. **ドライバ**
@@ -154,7 +164,8 @@
 
 ## 次のステップ
 
-1. プロセス管理の基本実装を開始
-2. 実際のファイルシステムの実装
-3. より多くのシェルコマンドの追加
-4. テストスイートの作成
+1. 実際のファイルシステムの実装 (IndexedDB バックエンド)
+2. プロセス管理の高度な機能 (シグナル、wait/waitpid)
+3. シェルのパイプとリダイレクト機能
+4. より多くのUNIXコマンドの実装
+5. テストスイートの作成

build.ninja

@@ -18,9 +18,14 @@ build build/kernel/lib/stdio.o: CC kernel/lib/stdio.c
 build build/kernel/lib/wasi_wrapper.o: CC kernel/lib/wasi_wrapper.c
 build build/kernel/shell/shell.o: CC kernel/shell/shell.c
 build build/kernel/shell/shell_api.o: CC kernel/shell/shell_api.c
+build build/kernel/process/process.o: CC kernel/process/process.c
+build build/kernel/process/scheduler.o: CC kernel/process/scheduler.c
+build build/kernel/process/spawn.o: CC kernel/process/spawn.c
+build build/kernel/ipc/ipc.o: CC kernel/ipc/ipc.c
+build build/kernel/ipc/pipe.o: CC kernel/ipc/pipe.c
 
 # カーネルリンク
-build build/kernel.wasm: LD build/kernel/init/main.o build/kernel/mm/memory.o build/kernel/fs/vfs.o build/kernel/drivers/console.o build/kernel/drivers/drivers.o build/kernel/lib/string.o build/kernel/lib/stdio.o build/kernel/lib/wasi_wrapper.o build/kernel/shell/shell.o build/kernel/shell/shell_api.o
+build build/kernel.wasm: LD build/kernel/init/main.o build/kernel/mm/memory.o build/kernel/fs/vfs.o build/kernel/drivers/console.o build/kernel/drivers/drivers.o build/kernel/lib/string.o build/kernel/lib/stdio.o build/kernel/lib/wasi_wrapper.o build/kernel/shell/shell.o build/kernel/shell/shell_api.o build/kernel/process/process.o build/kernel/process/scheduler.o build/kernel/process/spawn.o build/kernel/ipc/ipc.o build/kernel/ipc/pipe.o
 
 # GUI とシステムライブラリ
 build build/index.html: COPY gui/index.html

kernel/include/init.h

@@ -9,6 +9,9 @@
 int mm_init(void);      /* メモリ管理初期化 */
 int fs_init(void);      /* ファイルシステム初期化 */
 int drivers_init(void); /* デバイスドライバ初期化 */
+int process_init(void); /* プロセス管理初期化 */
+void scheduler_init(void); /* スケジューラ初期化 */
+int ipc_init(void);     /* IPC初期化 */
 
 /* 初期化順序定義 */
 #define INIT_LEVEL_EARLY    0

kernel/include/ipc.h

@@ -0,0 +1,87 @@
+/*
+ * WebVM プロセス間通信 (IPC) ヘッダ
+ */
+
+#ifndef __WEBVM_IPC_H__
+#define __WEBVM_IPC_H__
+
+#include <stdint.h>
+#include <stddef.h>
+#include "process.h"
+
+/* IPC定数 */
+#define MAX_MESSAGE_SIZE    1024
+#define MAX_MESSAGES_PER_PROCESS 16
+
+/* メッセージタイプ */
+typedef enum {
+    MSG_TYPE_DATA = 0,      /* データメッセージ */
+    MSG_TYPE_SIGNAL,        /* シグナル */
+    MSG_TYPE_PIPE,          /* パイプデータ */
+    MSG_TYPE_SHARED_MEM     /* 共有メモリ通知 */
+} message_type_t;
+
+/* メッセージ構造体 */
+struct ipc_message {
+    pid_t sender_pid;       /* 送信者PID */
+    pid_t receiver_pid;     /* 受信者PID */
+    message_type_t type;    /* メッセージタイプ */
+    size_t size;           /* データサイズ */
+    void *data;            /* データポインタ */
+    uint64_t timestamp;    /* タイムスタンプ */
+    struct ipc_message *next; /* 次のメッセージ */
+};
+
+/* メッセージキュー */
+struct message_queue {
+    struct ipc_message *head;
+    struct ipc_message *tail;
+    uint32_t count;
+    uint32_t max_messages;
+};
+
+/* パイプ構造体 */
+struct pipe {
+    char *buffer;          /* バッファ */
+    size_t size;          /* バッファサイズ */
+    size_t read_pos;      /* 読み込み位置 */
+    size_t write_pos;     /* 書き込み位置 */
+    pid_t reader_pid;     /* 読み込みプロセス */
+    pid_t writer_pid;     /* 書き込みプロセス */
+    bool closed_read;     /* 読み込み側クローズ */
+    bool closed_write;    /* 書き込み側クローズ */
+};
+
+/* 共有メモリセグメント */
+struct shared_memory {
+    void *address;        /* メモリアドレス */
+    size_t size;         /* サイズ */
+    uint32_t ref_count;  /* 参照カウント */
+    pid_t owner_pid;     /* 所有者PID */
+    uint32_t flags;      /* フラグ */
+};
+
+/* IPC初期化 */
+int ipc_init(void);
+
+/* メッセージ送受信 */
+int ipc_send_message(pid_t to_pid, const void *data, size_t size, message_type_t type);
+int ipc_receive_message(struct ipc_message **msg, bool blocking);
+void ipc_free_message(struct ipc_message *msg);
+
+/* パイプ操作 */
+int ipc_create_pipe(int *read_fd, int *write_fd);
+int ipc_pipe_read(int fd, void *buf, size_t count);
+int ipc_pipe_write(int fd, const void *buf, size_t count);
+int ipc_pipe_close(int fd);
+
+/* 共有メモリ */
+void *ipc_create_shared_memory(size_t size);
+void *ipc_attach_shared_memory(int shmid);
+int ipc_detach_shared_memory(void *addr);
+int ipc_destroy_shared_memory(int shmid);
+
+/* デバッグ */
+void ipc_dump_queues(void);
+
+#endif /* __WEBVM_IPC_H__ */

kernel/include/process.h

@@ -0,0 +1,115 @@
+/*
+ * WebVM プロセス管理ヘッダ
+ */
+
+#ifndef __WEBVM_PROCESS_H__
+#define __WEBVM_PROCESS_H__
+
+#include <stdint.h>
+#include <stddef.h>
+#include <stdbool.h>
+
+/* プロセス定数 */
+#define MAX_PROCESSES      64
+#define MAX_PROCESS_NAME   32
+#define PROCESS_STACK_SIZE (64 * 1024)  /* 64KB スタック */
+
+/* プロセス状態 */
+typedef enum {
+    PROCESS_STATE_UNUSED = 0,
+    PROCESS_STATE_INIT,
+    PROCESS_STATE_READY,
+    PROCESS_STATE_RUNNING,
+    PROCESS_STATE_WAITING,
+    PROCESS_STATE_ZOMBIE,
+    PROCESS_STATE_TERMINATED
+} process_state_t;
+
+/* プロセスID型 */
+typedef int32_t pid_t;
+
+/* プロセスコンテキスト (WebAssembly制約下での簡易版) */
+struct process_context {
+    void *stack_ptr;        /* スタックポインタ */
+    void *pc;              /* プログラムカウンタ (関数ポインタ) */
+    uint32_t flags;        /* フラグ */
+};
+
+/* プロセス制御ブロック (PCB) */
+struct process {
+    pid_t pid;                              /* プロセスID */
+    pid_t ppid;                             /* 親プロセスID */
+    char name[MAX_PROCESS_NAME];            /* プロセス名 */
+    process_state_t state;                  /* プロセス状態 */
+
+    /* メモリ管理 */
+    void *stack_base;                       /* スタックベースアドレス */
+    size_t stack_size;                      /* スタックサイズ */
+    void *heap_base;                        /* ヒープベースアドレス */
+    size_t heap_size;                       /* ヒープサイズ */
+
+    /* コンテキスト */
+    struct process_context context;         /* プロセスコンテキスト */
+
+    /* エントリポイント */
+    int (*entry)(int argc, char **argv);    /* プロセスエントリポイント */
+    int argc;                               /* 引数カウント */
+    char **argv;                            /* 引数配列 */
+
+    /* 終了情報 */
+    int exit_code;                          /* 終了コード */
+
+    /* 統計情報 */
+    uint64_t start_time;                    /* 開始時刻 */
+    uint64_t cpu_time;                      /* CPU使用時間 */
+
+    /* リンクリスト */
+    struct process *next;                   /* 次のプロセス */
+    struct process *prev;                   /* 前のプロセス */
+};
+
+/* プロセステーブル */
+struct process_table {
+    struct process processes[MAX_PROCESSES];
+    struct process *current;                /* 現在実行中のプロセス */
+    struct process *ready_list;             /* 実行可能プロセスリスト */
+    pid_t next_pid;                         /* 次のPID */
+    uint32_t process_count;                 /* プロセス数 */
+};
+
+/* プロセス管理関数 */
+int process_init(void);
+pid_t process_create(const char *name, int (*entry)(int, char**), int argc, char **argv);
+int process_exit(int exit_code);
+int process_wait(pid_t pid);
+int process_kill(pid_t pid, int signal);
+struct process *process_get_current(void);
+struct process *process_find(pid_t pid);
+
+/* スケジューラ関数 */
+void scheduler_init(void);
+void scheduler_tick(void);
+void scheduler_yield(void);
+void scheduler_add_ready(struct process *proc);
+void scheduler_remove_ready(struct process *proc);
+
+/* POSIX spawn API */
+typedef struct {
+    int flags;
+    /* 将来的な拡張用 */
+} posix_spawnattr_t;
+
+typedef struct {
+    char **argv;
+    char **envp;
+} posix_spawn_file_actions_t;
+
+int posix_spawn(pid_t *pid, const char *path,
+                const posix_spawn_file_actions_t *file_actions,
+                const posix_spawnattr_t *attrp,
+                char *const argv[], char *const envp[]);
+
+/* デバッグ関数 */
+void process_dump_table(void);
+
+#endif /* __WEBVM_PROCESS_H__ */