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計算機システム概論・７回目

計算機システム概論・７回目. 本日のトピック：やや先進的な話題 OS の ネットワーク機能 について OS を 起動する仕組み 試験の実施方法について. アプリケーション. 高. OS. 入出力 管理 機構. プロセス 管理 機構. メモリ 管理 機構. 抽象レベル （論理性）. 低. ネットワーク管理機構. OS のネットワーク機能について：歴史. 最初は ネットワーク機能なし 基本的に，コンピュータは単体で使用するもの （ スタンドアローン形態） peer-to-peer 接続 （１対１接続） の開始

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計算機システム概論・７回目

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Presentation Transcript

  1. 計算機システム概論・７回目 本日のトピック：やや先進的な話題 • OSのネットワーク機能について • OSを起動する仕組み • 試験の実施方法について

  2. アプリケーション 高 OS 入出力 管理 機構 プロセス 管理 機構 メモリ 管理 機構 抽象レベル （論理性） 低 ネットワーク管理機構 OSのネットワーク機能について：歴史 • 最初はネットワーク機能なし • 基本的に，コンピュータは単体で使用するもの （スタンドアローン形態） • peer-to-peer 接続 （１対１接続） の開始 • ネットワーク機能は，入出力装置の一種 • 低レベルの通信制御機能を提供

  3. 高 入出力 ネット ワーク プロセス 抽象レベル 低 高 入出力 ネット ワーク プロセス 抽象レベル 低 歴史的な流れ（２） • 多対多接続とサービスの拡大 • より抽象的で論理的なサービスの提供 • ネットを介した資源共用の窓口 • ファイルやプリンタなどの資源を，複数の計算機で 共用する機能を提供

  4. 高 入出力 ネット ワーク プロセス 入出力 プロセス 抽象レベル 低 ネットワーク 歴史的な流れ（３） • ネットを介した計算能力の提供窓口 • プログラムやサービスの一部を，ネットワーク上の 他の計算機にて実行 • クライアント・サーバ型サービスから分散型プロセスへ • （ネットワークの隠蔽） • ネットワークは，サービスを提供する「手段」の一部 • ネットワークを意識せずに操作ができる...

  5. プロトコル ネットワークの利用　＝　異なるコンピュータ間での「対話」 • 「対話」のための約束事をきめておく必要がある ＝「プロトコル（通信プロトコル）」 プロトコルのジレンマ： • 同じプロトコルを使わないと，対話ができない ⇒全員を縛るような標準化が必要 • ネットワーク技術は進歩が速い ⇒過去に縛られない柔軟性が必要

  6. プロトコルの階層型設計 プロトコルのジレンマへの対処： ⇒ プロトコルを階層的に設計する • 下は，ハードウェアに依存する階層 • 上は，高度に論理的な階層 • 各階層の「部品」を交換すれば，柔軟に拡張可能 • 各部品の仕様（機能）だけを決めておけばよい

  7. 代表的な階層型モデル • どのように階層化するのが良いか • OSIの７階層モデル • デファクトスタンダードの５階層モデル（TCP/IPモデル） アプリケーション層 アプリケーション層 プレゼンテーション層 区別する意義 があまりない セッション層 L4 トランスポート層 トランスポート層 L3 ネットワーク層 インターネット層 L2 データリンク層 データリンク層 物理層 物理層 OSIの７階層モデル ５階層モデル（TCP/IPモデル）

  8. TCP/IP • TCP/IP：元来はARPAネット，BSD版UNIXでの開発・実装 • インターネットの「事実上の標準（デファクトスタンダード）」 • TCP: 5階層モデルのトランスポート層に相当 • IP：5階層モデルのインターネット層に相当 応用プロトコル アプリケーション層 TCP, UDP トランスポート層 IP IP IP インターネット層 データリンク層 物理層 ルータ ルータ ホストA ホストB

  9. 階層モデルとOSの機能 プロトコル階層の全機能を，OSが提供するわけではない • 典型的な「切り分け」方 アプリケーションソフト アプリケーション層 トランスポート層 カーネル インターネット層 データリンク層 デバイスドライバ 物理層 機器のファームウェア • トランスポート層の機能が，ユーザにサービスを提供 • 「ソケット」と呼ばれるAPIを利用して， • 「ポート」と呼ばれる機構を提供

  10. ポート • アプリケーション層：多くのアプリケーションプロセスが存在 • Web, telnet, ftp, …. • 情報の出入り口（インタフェイス）：１～数個 受け取った情報を，アプリケーションに振分ける機構が必要 ⇒　ポート＝ 私書箱，のようなもの httpd 80 telnetd 23 「宛先は hostA の 23 番ポート」 ftpd 21 hostA

  11. 宛先：Sの 80番，発信元：Cの 3820番 要求内容：http://… の内容を送れ 宛先：Cの 3820番，発信元：Sの 80番 応答内容：<HTML><HEAD>… ポート管理とサービスの提供 • 標準的なサービスを提供するアプリケーション： あらかじめ特定のポート番号が割り振られている • http…80番，telnet…23番，ftp…21番，smtp…25番 • 一般のプロセス：「予約」されていない番号を利用する 予約済番号 未使用番号の一つ サーバS クライアントC httpd 80 3820 explorer 4719 firefox telnetd 23

  12. 1 2 79 ソケット ポートは，OSが提供する資源の一種 • プロセスがポートを使いたい時は，OSからポートを「借りる」 • プロセス内部に「ソケット」を準備する • ソケットとポートを接続する • （通信相手でも，同様の対応をしておいてもらう） プロセス プロセス

  13. ソケットを利用した通信 ソケットに関して， OSが提供する機能（システムコール）： • ソケットを新しく作る socket() • ソケットとポートを結びつける bind() • 情報を受け取れる状態にする listen() • ポートを介して，2個のソケットを結びつける connect() • 情報の送受信 read(), write() • ソケットを閉じる close() socket() bind() listen() read(), write() close() socket() bind() connect() write(), read() close() 受動側ホスト 能動側ホスト

  14. プロセス ファイル 外部への接続の場合 プロセス プロセス 内部での接続の場合 ソケットについて，余談 ソケットは，同一ホストの他のソケットにも情報送受信可能 • 同一ホスト内で使用する場合，ポートは割り当てない • ファイル名を割り当てて，ソケットの住所代わりに プロセス間通信の道具にもなる

  15. この続きは，専門の科目で...

  16. OS起動の仕組み • コンピュータは，メモリ上のプログラムしか実行できない • 電源投入直後は，メモリの内容は空 • OSを，どこかから持ってくる必要アリ • どこにあるのか，どうやって持ってくるのか.... ⇒ プログラムにより，コンピュータに指示する必要あり ⇒ ブートストラップのジレンマ http://www.devdrv.co.jp/hidaka/node/18 にあったイラストから

  17. 電源投入からOS起動まで • ブートストラップ処理は，時代によって変遷してきた • ここで紹介するのは，今日の典型的なPCの場合 基本的な流れ • ハードウェア的に固定されたBIOSが起動 • BIOSが，ブートに用いるデバイスを特定 • 特定されたデバイス内のブート用プログラムに制御が映る • ブート用プログラムがOSを読み込み，制御を渡す • OSが各種の処理を開始する BIOS ブート用 プログラム OS

  18. BIOS Basic Input and Output System （基本入出力システム） • ROMやフラッシュメモリ等，不揮発性メモリに格納される • 電源起動直後にBIOSを読み込むよう，ハードウェアを構成 • 機器の相違を吸収し，基本的な入出力処理を可能に • モニタ解像度，キーボード配列，ディスク仕様... 提供する機能 • ハードウェア的な故障診断（セルフテスト） • ブート用デバイスの特定 BIOS CPU ROM メモリ RAM

  19. ブート用デバイス • 一台の計算機には，複数の入力装置が存在 • （一般には複数の）ハードディスク装置 • CD-ROMドライブ，フロッピーディスクドライブ • USBメモリ etc... どの装置からＯＳを探し出すか？ • 各装置の優先度を事前に決めておき，設定を保存しておく • 優先度の順で，ブートに利用できる装置を探していく ブートに利用できる装置が見つかれば... その装置に格納されたブート用プログラムに制御を渡す

  20. BIOS とブート用プログラム • 異なる入力装置は，異なる仕組みで動いている • 「任意の入力装置を動かすための仕組み」を，すべて BIOSに持たせることは困難 • ROM容量は有限，新しい機器への対応ができない... • BIOSから，当該装置用プログラムにバトンタッチする • BIOS... 一次ブートローダ • 入力装置内のブート用プログラム...二次ブートローダ と呼ばれることも 二次 ブート ローダ BIOS

  21. ハードディスクの二次ブートローダ • 一台の装置に，複数のボリューム（パーティション）が存在 • どのパーティションを使うのか，選択が必要 ... BIOS が直面していた問題と，ほぼ同じ構図 • ハードディスクでの二次ブート処理を，さらに二段階に分割 • ディスクの先頭部分に格納されたブートローダが • ボリュームの先頭部分に格納されたブートローダをロード hd0a hd0b hd0d hd0a

  22. MBR MBR (Master Boot Record) • ディスクの先頭の，ブートローダを格納する部分 • ブートセクタ，ブートブロックとも • PC/AT互換機では，MBRは512バイト分（ディスクの1セクタ） • 0～445バイトにブートローダのプログラム • 446～509バイトにパーティション情報 • 510, 511バイトに固定シグネチャ（0x55, 0xAA） • MBRが壊れると，ディスクが読めなくなる • MBRがウィルスに汚染されると，コンピュータが乗っ取られる

  23. OS起動の最終段階 • MBRに格納されたブートローダが，ブートパーティションを特定 • パーティションの先頭には，別のブートローダが待機 • ここまでくれば... 当該パーティションを，ファイルシステムとしてアクセス可能 • 特別な名前のファイルを OSと理解してロードする • vmunix, vmlinux, kernel ... • OS起動に関連する設定を，ファイルから読み込む • grub.conf ... • OSが展開され，起動される

  24. まとめ 本日のまとめ • OSのネットワーク機能について • OSを起動する仕組み 講義全体（楫担当分）のまとめ • OSに関する基礎的な要素を紹介した • 今日実用に供されているOSには，あてはまらない部分も

  25. 試験の実施方法について • 5月30日（水）１限（通常の講義時間） • Ｌ３講義室（この部屋） • 中島先生の授業内容 ＋ 楫の授業内容 • 講義資料（書き込み可）の持ち込みを認める

  26. 楫担当分の受験にあたって 【重要】 楫担当分の受験にあたって • 「クラウド化が進むと，OSは消えていく」という説がある • http://www.sekarasika.com/archives/2165 • http://www.gizmodo.jp/2011/10/icloud_2.html • http://mojix.org/2010/09/12/os-kieteiku そのような説に対する考え方を問うので，上記のページに 目を通しておくこと（プリントして持参することも可）

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