計算機システム概論

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としなりたけくま
5 years ago
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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 1

2 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抽象レベル ( 論理性 ) 高低入出力管理機構アプリケーションプロセス管理機構メモリ管理機構ネットワーク管理機構 OS 2

3 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抽象レベル高低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抽象レベル高低入出力ネットワークプロセス 3

4 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... 抽象レベル高低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 4

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 5

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 6

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) L4 L3 L2 アプリケーション層プレゼンテーション層セッション層トランスポート層ネットワーク層データリンク層物理層区別する意義があまりないアプリケーション層トランスポート層インターネット層データリンク層物理層 OSI の 7 階層モデル 5 階層モデル (TCP/IP モデル ) 7

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アプリケーション層トランスポート層インターネット層データリンク層物理層応用プロトコル TCP, UDP IP IP IP ホスト A ルータルータホスト B 8

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 9

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 telnetd ftpd 21 宛先は hosta の 23 番ポート hosta 10

11 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 クライアントC httpd explorer telnetd 23 予約済番号未使用番号の一つ 4719 宛先 :S の 80 番, 発信元 :C の 3820 番要求内容 : の内容を送れ firefox 宛先 :C の 3820 番, 発信元 :S の 80 番応答内容 :<HTML><HEAD> 11

12 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 12

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() 受動側ホスト socket() bind() connect() write(), read() close() 能動側ホスト 13

14 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プロセスファイル外部への接続の場合プロセス内部での接続の場合プロセス間通信の道具にもなる 14

15 この続きは, 専門の科目で... 15

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にあったイラストから 16

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 1. ハードウェア的に固定されたBIOSが起動 2. BIOSが, ブートに用いるデバイスを特定 3. 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 4. ブート用プログラムがOSを読み込み, 制御を渡す 5. OSが各種の処理を開始する BIOS ブート用プログラム OS 17

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... ROM BIOS CPU RAM メモリ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 18

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 19

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 BIOS 二次ブートローダ 20

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 hd0a hd0b hd0d 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 21

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 22

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 23

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 24

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 25

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 ) 26

情報通信の基礎

情報通信の基礎 2016 年 5 月 19 日 ( 木 ) 第 4 回授業 1 本日の予定グローバルIPアドレスとプライベートIPアドレス DHCPサーバ (IPアドレスの自動割り当て等) DNSサーバ ( 名前解決 ) MACアドレス ARP( アドレス解決プロトコル ) ネットワークの階層モデルアプリケーションを識別するポート番号 2 TCP/IP (Transmission Control