Science Journal of Kanagawa University 20(2): (2009) 総説 ( 永松礼夫研究室 ) 動的なソフトウェアの更新についての研究動向永松礼夫 Research Overview of Dynamic Software Updating

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$\n Title 動的なソフトウェアの更新についての研究動向 Author(s) 永松, 礼夫 ; Nagamatsu, Leo Science Journal of Kanagawa Univer$

1 \n Title 動的なソフトウェアの更新についての研究動向 Author(s) 永松, 礼夫 ; Nagamatsu, Leo Science Journal of Kanagawa Univer Citation Date Type Departmental Bulletin Paper Rights publisher KANAGAWA University Repository

2 Science Journal of Kanagawa University 20(2): (2009) 総説 ( 永松礼夫研究室 ) 動的なソフトウェアの更新についての研究動向永松礼夫 Research Overview of Dynamic Software Updating Methods 1,2 Leo Nagamatsu 1,2 1 Department of Information Sciences, Faculty of Science, Kanagawa University, Hiratsuka-City, Kanagawa , Japan 2 To whom correspondence should be addressed. lnag@kanagawa-u.ac.jp Abstract: In recent computer and information systems, providing a non-stop service is important, as well as rapid system updating for bug-fixing and advanced services. In this report, we discuss the outline of dynamic updating methods, which can support both continuous service availability and system module replacement in a limited way. In our laboratory, various approaches using popular script language (JavaScript) and HTML-based functional WEB pages with dynamic addition and deletion of functions in a programming language framework, are discussed. In this area, many difficulties arise from browser incompatibility, unexpected requests to change the specification of function and limited name space issues of baseline programming language. Keywords: computer system, dynamic updating, prgamming interface, JavaScript, unexpected change はじめに現代の情報システムでは 24 時間連続してサービスをするためにシステム停止が許されない状況でありながら新サービスの追加や新たに見つかった問題の修復のためシステムを迅速に変更できることも要求される動的更新とはこのような場合に稼動中のシステムを止めず ( 動いたままで ) ソフトウエアの一部を変更する技術を総称する当然進行中のトランズアクション処理 ( 取引データなど ) についての整合性は保証されなければならないので一般には更新を行なうタイミングや交換される機能の範囲についての制限を設けたり交換されたソフトウエア部品について一時的に更新前と更新後のものを併行運用したりして問題が生じないような工夫を行なう必要がある本稿ではこれらの動的更新に関連する研究について概要を述べる 1. 動的な更新進化するプログラムコンピュータ科学の長年の夢としてひとつのプログラム ( 情報システム ) が実行を続けながら環境に順応して新たな機能を獲得するなどの進化ができるかという問題が何度も問われて来たまたその前段階として子供を産むプログラムあるいはあるプログラムを実行した出力がそのプログラム自身であるような自己再生プログラム 1) についても関心が払われてきたスクリプト言語はコンパイラを介さないため実行結果として出力された文字列をそのまま次の世代のプログラムとして使える利点がある HTML ページと JavaScript 2) の組合わせは画面遷移を伴わない閉じた世界の中で自分を書き換えて次の世代のプログラムに置き換える例が作りやすく研究者の対象としても魅力的であった金田の研究 3) によって基本的な自己再生の方法や一部を変化させるバリエーションが報告されているプログラムの部品交換ハードウェアの世界では FPGA が一般に普及しているソフトウエアについても自動アップデートといった例はあるがシステムの再起動や関連するプログラムの停止が必要なものが多いそれらを排して実行中のプログラムの一部を部品交換する場合に交換単位を一つの関数として実 Research Institute for Integrated Science, Kanagawa University

3 134 Science Journal of Kanagawa University Vol. 20(2) 装する方法の確立やその際の制限条件の明確化が最初のテーマであった 4) 山本と谷口らの研究では関数が入れ子になって呼び出されている状況を想定し現在直接実行されているかそれを間接的に呼び出している最中の関数は交換できないという仮定の元で関数が交換可能になるのを待つために実行状態を把握することや交換に関する条件を緩和して交換の機会を増 5) やす方法が研究された佐々木の研究では OS が通常備えているダイナミックリンクライブラリの関数管理テーブルの機能を利用し簡便に動的な関数定義の変更を実装している交換機能の OS サポート OS の機能に内包するように部品交換の機能を組み込んだ彩 OS 6) の研究があるそれと同時に新旧のソフトウエア部品の違いとして関数の引数の個数や引数の型が変更になる場合を考えて整合性を保つためのインタフェースモジュールが導入されたそこで判明したのは互換性や整合性の管理の重要さであるインタフェースモジュールの構成 7) について研究も行った 2. 構造の整合を維持した変更構造化文書ワープロ文書でもソフトウエア全体でも大きな構造をもつデータを構造化文書として捉える考え方があるこの考え方を一般化して表示を作り出す元になる内部表現による記述をソースと呼びユーザに見える画面や出力される文書をビューと呼ぶ例えばタグや別ファイルにある画像やスタイルの情報を含んだ HTML ファイルはソースでありそれをブラウザで表示させた結果がビューである設計データと製品であれば仕様変更や検討の対象になるのがソースであり利用者が目にするものがビューである利用者から見た改良提案を取り込むためビューのこの場所に対応するソースの特定が必要になる双方向変換 GUI を用いた編集では多少なりとも文章の背後にある構造を考えている柔軟な情報表現の操作のためにはソースとビューを双方向的に関連付け片方で行われた更新の結果を他方にフィードバックする技術が重要であるつまり目次を変更すれば本文の対応箇所がすぐに変更され逆に本文を変更すれば目次の対応箇所がすぐに変更されるような機能が望まれるただし一般にはソースからビューへの変換はレンダリングとして定義されてるが逆変換は必ずしも定義されていないビュー側での指示に基づいた編集を行うためには数学的手法を用いるなどして逆変換を定義するか保存して置いたソースとの差分から対応付けて実用的に許容できるような逆変換を提供するなどの方法がある 8) 武市による研究では XML を用いて文書構造を規定することで逆変換を言語ツールとして実装している Wiki 似たようなビューとソースを行き来する機能を持つシンプルな例として wiki がある平成 18 年度は wiki や類似のシステムを対象にソースとビューの操作について検討したある月のカレンダーと日々 10) の予定表が連動する例をとりあげた研究では双方向変換を簡便に実現するためにユーザが編集モードで入力したソースに相当する情報をビューと同時に保存しておきあとで再編集する際には保存されたソースを再利用することで記憶するファイルのデータは多くなるが再計算が不要になることを確かめたこの考えに基づいて商品のカタログのような定型的な文書の生成を簡便に行なう方法 9) についても研究した 3.JavaScript による機能追加外部ファイル上のスクリプト HTML ファイルに Web ページを記述する場合にそこで用いられるスクリプトを別ファイルに分けて記述することができるこのような本体の HTML 以外にあるスクリプトをまとめたファイルを外部 JS ファイルと呼ぶ静的に最初から読み込んでおく場合はファイル名を extfile.js として <script language="javascript" src="extfile. js"> いうタグを記述すればよいこの操作を DOM の機能を用いて動的に行うには var n = document.createelement( script ); n.setattribute( type, text/javascript ); n.setattribute( src, extfile.js ); document.getelementsbytagname( head )[0]. appendchild( n ); のようなスクリプトを記述し実行により DOM 構造の一部として組み込まれる appendchild が実行された時点で外部 JS ファイルの読み込みと解釈が行われそれがスクリプトから新たな関数や変数の定義として利用可能になるただしこの処理は場合によっては時間がかかる

4 永松礼夫 : 動的なソフトウェアの更新についての研究動向 135 ため外部 JS ファイル側で記述された関数は appndchild の実行直後は未定義でしばらく後に定義済みになる状況が観測される従って外部 JS ファイルを動的に結合する場合にはタイマー等を用いて関数が定義済みになるのを待ってからそれを利用する処理が必要なことがある名前が後で決定可能なことさて後からのプログラム修正のために動的変更を重ねる Web ページの場合主旨からして最初のプログラムが稼働した後で判明した修正を実装するために外部 JS ファイルを後から作るのが一般的であるその際に追加対象となる関数名やファイル名は前もって予想することはできないそこで最小の予備知識とすることを考えるこれは将来行われる変更について予想ができないのでそれを妨げるような前提をなるべく排除してシステムを設計しておくことである例えば新規に追加される関数の名前が事前に決められている実装よりもパラメータとして任意の名前を後から指定できる実装のほうがより予備知識や前提の縛りがないといえるクロージャの利用 JavaScript の特徴として名前のない関数の実体を無名関数として定義し変数などに代入できる平成 19 年度の卒業研究ではクロージャと呼ばれる関数インスタンスをオブジェクトとして保存する方法を用いることで特定の名前のグローバル変数を使わなくてもタイマーで起動される処理のパラメータを保存することができるこれを応用して状態が準備完了 (typeof の値が function になって関数として使えるよう ) になったことを一定時間ごとに確認するようなルーチンを外部 JS ファイルの名前を後から与えられるよ 11) うな汎用の部品として実装することを実現した並列実行の管理 JavaScript ではイベント駆動による割り込み処理が基本であり Ajax 12) のような非同期の並行処理の導入はやや後付けの感があるそのためスレッドやプロセスのモデルに馴染んだプログラマには 13) 取り付きにくい面もある牧と岩崎らの研究は並列処理を支援する枠組みを実装する試みである JavaScript のコミュニティではいろいろのライブラリによる拡張がされて言語の機能を補っていることも魅力である現実の問題との対応現実の世界で使われるアプリケーションを具体的に想定して動的更新の立場からの単位となるそれぞれの機能要素が実行される状況や更新される状況がどのように干渉し得るかについての考察した例えば銀行の現金預払い端末が対象なら預金引出しのトランズアクションという通常業務と振込め詐欺対策として一定額以上の送金をチェックする機能を追加する更新作業との兼ね合いについてであるまた人間がすこし考えた後に何か手を打つようなゲーム ( 数独やオセロ ) を対象に人間をサポートするヒント表示機能を一つのゲームの進行中に追加する状況を想定して学部生でも興味を持て 14) る題材を設定した研究を行っている 4. ブラウザの違いによる問題点 Microsoft Internet Explorer (IE) とそれ以外のブラウザ (Firefox や google chrome) で挙動が違うことが多い外部 JS ファイルのロード処理外部 JS ファイルを動的に読み込みをした後に外部 JS ファイル内で定義された関数や変数が undefined の状態が観測される (firefox や chrome ではローカルファイルでも常に IE では別サーバ上にある場合のみ起きる ) これを解決するため前述のクロージャを用いた方法を研究した状態が unknown となる問題これは IE のみで発生する現象であるオブジェクトの状態 (typeof の値 ) が unknown となり以後は一切の操作を受け付けなくなる参照や代入を試みると out of memory のダイアログの出るエラーとなる内部的に無効なポインタになってしまったように見える最初は外部 JS ファイルの利用と関連して起こると思われたがそうでない場合でも特定の操作 ( 後述 ) で起きることが判明した一度 unknown になった変数をリセットする方法は未解明である変数スコープが乱れる問題グローバルやローカル変数の区別のように変数がどのブロックの文から参照できるかをスコープという JavaScript でのスコープはグローバルとローカルの二種類のみのはずであるさてある form の中のボタンをクリックしたとき変数 x に 1 を代入する操作はボタン内のスクリプト (onclock= 以降の引用符の中 ) を使って

5 136 Science Journal of Kanagawa University Vol. 20(2) <input type=button onclick= x=1; > と直接記述する方法 ( ボタン内と呼ぶ ) があるまた同じ変数 x に 1 を代入する操作をボタン内では <input type=button onclick= setxone() > と関数を呼び出すだけにし呼ばれた関数で function setxone(){ x=1; } と書く方法 ( 関数内と呼ぶ ) の二通りが考えられるこの二つが同等でなく結果 ( 変数 x の状態や値 ) が参照する場所で異なることが IE のみで起きるボタン内の代入結果は他のボタン内からは観測操作できるが関数内からはできないとくにボタン内で定義した変数を関数内から delete すると状態 (typeof の値 ) が unknown となってしまう推測ではあるが onclick もイベントハンドラの一種と考えられ IE ではイベント関連の実装が他のブラウザと異なった箇所があるのでその影響と思われるが詳細は解明されていないいろいろの差異はあるがよく知られた現象やよく使われる手順についてはブラウザの差異を吸収して同じインタフェースで機能を提供する目的で prototype.js のようなライブラリが存在するおわりにこのように IE とそれ以外の Firefox や chrome での挙動が違うなどブラウザの実装による差異や innerhtml のような利便性のために複数の表現を許した実装でのあいまい性による問題点はあるものの HTML と JavaScript によって Web ページにより多くの機能を持たせたりそれをダイナミックに連動したり変更する技術はさらに多くの可能性を持っており今後のさらなる発展が期待できる技術分野である謝辞関連研究や議論に協力いただいた永松研究室のゼミ生ならびに卒研生各位に感謝する文献 1) 永松礼夫, 江坂直紀, 中山泰一 (1997) プログラム作成過程の個性自己印刷問題を例として. 情報処理学会夏のプログラミングシンポジウム論文集 pp ) European Computer Manufacturers Association (2000) ECMAScript Language Specification rd edition. 3) 金田泰 (1997) Web ページを自己再生産する JavaScript プログラム. 夏のプログラミングシンポジウム, 情報処理学会.pp ) 山本淳, 谷口秀夫 (2005) 動的リンク機能を利用した実行中プログラムの部分入替えにおけるプログラム状態把握法. 電子情報通信学会論文誌 (D-I) J88DI: ) Sasaki H and Nagamatsu L (2003) An evaluation of runtime software updating models: on waiting time for exchangeable state. In: Proc. of HC2003 conference. pp ) 小林良岳, 佐藤友隆, 唐野雅樹, 結城理憲, 前川守 (2001) 彩 : コンパイル時に自動生成される Portal をもとに動的再構成可能なオペレーティングシステム. 電子情報通信学会論文誌 J84D1: ) 木島恭平 (2007) ソフトウエアの動的再構成. 神奈川大学理学部情報科学科平成 18 年度卒業論文. 8) 武市正人 (2008) 双方向変換による高信頼構造化文書処理 - 高い生産性を持つ高信頼ソフトウェア作成技術の開発. 情報処理 49: ) 前田佑貴, 篠原亮 (2008) 構造化文書の側面に着目したパンフレット作成システム. 神奈川大学理学部情報科学科平成 19 年度卒業論文. 10) 田口晴希 (2008) 構造化文書の側面に着目したスケジュール帳の設計. 神奈川大学理学部情報科学科平成 19 年度卒業論文. 11) 湯川貴之 (2009) Web ページ機能の動的な更新 - 外部スクリプト追加時のタイミング管理 -. 神奈川大学理学部情報科学科平成 20 年度卒業論文. 12) Garrett JJ (2005) Ajax - A new approach to web applications, 13) 牧大介, 岩崎英哉 (2007) 非同期処理のための JavaScript マルチスレッドフレームワーク. 情報処理学会論文誌, プログラミング 48 SIG_12 PRO_34: ) 豊留賢 (2009) Web ページの機能の動的な変更ブラウザによる HEAD 構造の違い. 神奈川大学理学部情報科学科平成 20 年度卒業論文.

Science Journal of Kanagawa University 20(2): 133-136 (2009) 総説 ( 永松礼夫研究室 ) 動的なソフトウェアの更新についての研究動向永松礼夫 Research Overview of Dynamic

\n Title 動的なソフトウェアの更新についての研究動向 Author(s) 永松, 礼夫 ; Nagamatsu, Leo Science Journal of Kanagawa Univer Citation 133-136 Date 2009-10-20 Type Departmental Bulletin Paper Rights publisher KANAGAWA

Science Journal of Kanagawa University 20(2): (2009) 総説 ( 永松礼夫研究室 ) 動的なソフトウェアの更新についての研究動向 永松礼夫 Research Overview of Dynamic Software Updating

Science Journal of Kanagawa University 20(2): (2009) 総説 ( 永松礼夫研究室 ) 動的なソフトウェアの更新についての研究動向永松礼夫 Research Overview of Dynamic Software Updating