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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
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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 高 低 抽象レベル （論理性） 入出力 管理 機構 メモリ ネットワーク管理機構 アプリケーション OS プロセス
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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
高 低 抽象レベル 入出力 ネット ワーク プロセス 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 高 低 抽象レベル 入出力 ネット ワーク プロセス
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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... 高 低 抽象レベル 入出力 ネット ワーク プロセス 入出力 プロセス ネットワーク
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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
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
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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
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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）
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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）」
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 ホストA ルータ ルータ ホストB
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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 アプリケーション層
アプリケーションソフト 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
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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
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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 サーバS 予約済番号 未使用番号の一つ クライアントC httpd 80 3820 explorer telnetd 23 4719 firefox 宛先：S の 80 番，発信元：C の 3820 番 要求内容： 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>…
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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） 1 プロセス 2 プロセス 79
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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
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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 ファイル プロセス 内部での接続の場合 プロセス 外部への接続の場合 プロセス間通信の道具にもなる
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この続きは，専門の科目で...
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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
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 にあったイラストから
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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
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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 ROM BIOS CPU RAM メモリ
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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
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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
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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