オペレーティングシステム 第3回 10/17

Operating System

はじめに

前提

• 前回、VirtualBox上の仮想マシンに、ゲストOSとしてantiX をインストールした。

• 実マシン（ホストOS=Windows) 仮想マシン（ゲストOS=antiX ） の関係を認識しておくこと

• 今回以降はそれを前提に実習を進めるが、

• 今回は主にOSの概要とハードウェアの基礎についてレクチャーを行う。

• 前回課題がまだの人は、前回資料を確認の上、 antiX を（VirtualBoxの仮想HDDに）インストールし、 仮想HDDからの動作を確認しておくこと。 （以下のように区別できる筈）

  • 仮想DVD（ライブDVD）からの起動の場合、最初に選択メニュー （OSの試用かインストールか など）が出る。

    また、起動後のデスクトップに「Install antiX 」というアイコン（など; 表記は日本語かも知れない）がある。

  • 仮想HDDからの（インストールされたOS)起動の場合、 デスクトップが表示される。

• （補足）インストールした筈なのに仮想DVDからの起動になってしまう人は、

  • DVDを仮想ドライブから抜く（のに相当する）操作を忘れないこと。

• インストールの流れを右板書図で確認しておいて下さい。

<3> 基礎編

3.1 Windowsの中（HDD内）で迷わないために

以下は、WindowsでもLinuxでも共通の事項と、Windows独自の事項から成る。

ドライブと木構造

• windows コンピュータには、複数の記憶装置が内蔵または接続され、それぞれの記憶装置にはドライブレター（c: d: など）が付与される（下図）。
• ドライブの中は木構造で管理されている。
• 木構造はフォルダ（ディレクトリとも呼ぶ）とファイルから成る。
• フォルダの中（「下」とも認識される）に複数のフォルダやファイルを保持できる。
• 各要素は木構造の出発点（木の「根」に相当するので「ルートフォルダ」と呼ぶ）からの 経路（パス=path；その要素に至るまでに通るフォルダ名を順に並べる）で一意に認識できる。
• パス記述するときに、フォルダ名（や末端のファイル名）を区切る文字として、 日本では ￥（諸外国では ＼（バックスラッシュ））が使われる。
  • Unix系OSでは区切る文字は ‘/’ （スラッシュ）。
  • こうした微妙な差異は、Windows（のもとになったOSである DOS）が作られる際に（右図）、 一方で CP/Mのやり方を継承しつつ、Unixでの考え方も取り込んだ、その歴史的な事情による。

ファイルとフォルダについて

1. ファイルには拡張子がつけられることが多い。
2. 隠しファイルに分類されるファイルがある（表示されないことがある）。
3. エクスプローラでは日本語表示されるフォルダ名がいくつかある （本名は英語表記の名前）。

（ここでみなさんに質問）

1. 隠しファイルと拡張子はエクスプローラで表示されていますか
2. これらを表示したり隠したりする切換の操作は知ってますか

補足：

• エクスプローラの「表示」リボンに上記のチェックボックスがある。
• たとえばユーザプロファイルフォルダにある AppData フォルダ（薄い色のアイコン；だがWindowsでは重要な役割を果たしている）は 隠しフォルダの扱い。
  • なお上記フォルダ名を「アップデータ」とカナ読みすると、Updater という単語と混同しやすいので読み方には注意が必要だろう。

ファイルとアプリケーションの関係

• アプリケーション（プログラム、ソフトウェア）自体、その本体は（コンピュータのどこか定まった場所に置かれている） ファイルであるが、それとは別に、
• 我々は自分が作成した（またはどこからか入手した）文書やソースプログラムや図や音楽といったデータを「ファイル」としてコンピュータに保管している。
• それらのファイルを画面上で操作（表示したり編集したり）するために、何らかのアプリケーションが必要になる。
• ファイルと、それを操作するアプリケーションとは、 実体と窓口、の関係になる（右図）。
  • 必ずしも１対１の専属関係にはならないことにも注意。

データの格納場所

• データの格納場所には一定の約束事がある。

• エクスプローラ（後述）で、

  PC → ローカルディスク(c:) → ユーザー → （自分のユーザ名）

  のように順々に開いて（クリックして）行って到達できる場所（フォルダ）が 「ユーザプロファイルフォルダ（もしくはユーザフォルダ）」 と呼ばれ、その直下に主要なフォルダが作られている。

  • (Unix/Linuxで「ホームディレクトリ」と呼ばれるものに相当）

• PCの個人ユーザの作成したデータや収集したデータはこのフォルダの下に置かれる （のが一般的な取り決めになっている）。

エクスプローラについて

• ファイルマネージャと総称されるプログラムは、Windowsでは「エクスプローラ」と名付けられている （インターネットエクスプローラとは別のソフト）。
• スタートメニュー等から「コンピュータ」や「ドキュメント」を開いた時に起動される窓 およびそのアプリケーションが「エクスプローラ」である。
  • 「エクスプローラ」というメニュー項目はないが結果的にどこからでも開かれる 汎用性の高いソフトである。
• エクスプローラでは、キーボードショートカットを活用しよう。 （エクスプローラで頻繁に使われるキーは右図のようなもの）
• エクスプローラを（前述のユーザプロファイルフォルダを起点として）開くためのキーボードショートカットは、[windows]+E 。
• アドレスバーにカーソルを移すキー操作は Alt+D または Ctrl+L。
  • アドレスバーに、移動先や、起動したいプログラム名を入力することもできる。
• なお、エクスプローラという名はWindows独自用語であり、一般には （前述のように） 「ファイルマネージャ」と分類されるアプリケーションである。
• もう１つ、エクスプローラ（等）でアクセスできるフォルダに（日本のPCでは）カタカナの名前がついたものがある（ドキュメント ピクチャ 等）が、
  • その実体は、いわゆる半角英数字で名前がつけられたフォルダ（それに日本語文字で看板代わりの別名が付与されている）。
  • その半角英数字は世界共通の文字セットとして使われている、ASCIIあるいはANSIとも呼ばれる規格で、
  • この先、CUIで指定する（名前を入力して呼び出すことが多い）頻度が多い場所では、入力の手間を考えると、
  • ANSI（つまり英語やローマ字）でファイル名やフォルダ名をつけておく方が便利だったりトラブルを回避できたりする。

3.2 PCとOSを（ざっと）理解する

コンピュータの構成（ハードウェアとソフトウェア）

• CPU + メモリ + 周辺装置 と見ることができる（上図）。また、
• CPU + メモリ（揮発性） + 不揮発性記憶装置 と考えてもいい（右図）。
  • 注）我々がよく手にするメモリは、フラッシュメモリ、SDカード、USBメモリのような 可搬メディアだが、PC内部で使うメモリは写真のような小さいな回路基板である。
• ちなみに、スマホ等はコンピュータが様々な機能の回路や装置をコントロールすることで 構成された機械だと見ることができる（上図）。

メモリと記憶装置

• メモリもディスクも、右図のようにデータ（情報）を格納する（膨大な数の）場所が 一次元に並ぶ形の内部構造でできていて、 その部屋番号（に相当する、番地と呼ばれる 数値）を指示した上でデータの読み出しや書き込みを行う、という共通の基本原理で 作られている。
• ただし内部でのデータの扱い方はメモリとディスクで差がある。
  1. メモリの中の領域はOSによって自動的に管理され（ユーザはメモリの番地を意識せず使う）、 そこに実行中のプログラムやデータ等が読み込まれる。
  2. ディスクの内部は（やはりOSにより）木構造に組織化される。 その木構造はユーザが認識できる形で表示され、 ユーザがその木構造の一部を操作することもできる。
  3. ちなみにVirtualBoxの仮想ディスク（vdi形式のファイルなど）は、 ホストOSから見ると１つのファイルである （そのファイルの内部がゲストOSによってやはり木構造に組織化されている、 と考えることができる）。
• メモリとディスク以外にもデータを記憶する装置や回路（デバイスとも呼ぶ）は 様々な種類のものが作られている。 右図のような３つの条件に関して適切なデバイスが選択されていると考えられる。

CPUについて：

• MPU と呼ぶこともある
• 64bit単位の（とも限らないが）データを処理する頭脳のような回路。
• 最近はその処理単位（コア）を複数内蔵する（同時処理が行われる）チップもあるが、 概念的には１コアの逐次動作をイメージして問題ない。
  • （余談だが）コアという用語は、CPU内で独立して動作できるユニットを（現在は）言うが、 メモリの意味で使われていたこともある（その名残が時々見かけられる）。

CPUの構造：

こういう図を参考にして下さい。

ソフトウェアとは：

• （ざっくり言えば）プログラムのこと。
• 命令（Instruction）が並んでいる。

CPUのスケジューリング：

• 広大なメモリ空間が適切に区切られ、多数のプログラムが同時に稼働可能な状態で スタンバイしている（タスク、プロセス等と呼ぶ）。
• CPUが微小時間毎に順々にタスクを処理して行く。 こういう図を参照されたい。
• なお、コンピュータの初期の頃には、プログラムの実行単位は「ジョブ」と呼ばれ（Unixでは「ジョブ」という用語は別のニュアンスで使われている（後に解説する））、「ジョブ制御文」による記述を、紙のカード（パンチカード）でコンピュータに入力して起動していた。

電源が切れたら：

• メモリ（揮発性）の内容は消失する。
• 実行中のタスクの状態も保存されない。
• 不測の事態に備えて（OSが、もしくはユーザが）情報を適宜 保存（不揮発性の記憶装置に）することが必要になる。

<4> antiX を使ってみよう

4.1 VirtualBoxの操作について

• VirtualBoxで仮想マシンを起動した直後の窓の状態は（正式文書には書かれていないようだが）「ウィンドウモード」と呼ばれている。

  このとき、Windowsの画面の中に仮想マシンの画面をエミュレートする窓が１つでき、 Linux（などのゲストOS）の画面表示がその窓の中に行われる。

  これ以外に以下の３つのビューモードがあり、モード移行のためのキーボードショートカット （「ホストキー」を含むキーボード操作）も用意されている。

  1. スケールモード（Host+C）
  2. フルスクリーンモード（Host⁺F）
  3. シームレスモード（Host+L）：GuestAdditionをインストールすると使える
  • 標準状態での「ホストキー」は右Ctrlキー。
  • 上記の３つのキーボード操作は、当該モードに移行するために使われるが、さらに、 そのビューモードで表示している時にそのキー操作を行うと、 「ウィンドウモード」（最初の状態）に戻る、つまりトグル操作のキーとして働く。

• 「スケールモード」ではLinuxのアプリケーションの窓が個々にWindowsの窓と同等に表示される。

• 「フルスクリーンモード」では、Windowsの要素は見えなくなる。 このとき、 VirtualBoxをコントロールする機能は画面の最下端に隠れている（マウスを置くと現れる）。

• 他に、「シームレスモード」もある。前述のように、このモードを使うためには、 Guest Additionを入れておく必要がある。

• VirtualBoxが「キャプチャ」を行っている間は、 キーボードやマウスの操作はすべてゲストOSに送られる。

  • ホストOSの画面上でクリックを１回行うと「キャプチャ」が開始され、
  • 「ホストキー」押下（またはゲストOSの窓のどこかでクリック）で キャプチャが終了する

  この操作はしっかりマスターしておいて下さい。

4.2 基本操作

• 概ねWindowsに近いと思っていい
• スタートメニュー（に相当するもの）はグループ分けされている。
• （Windowsでいう）コントロールボックス（タイトルバー左端）はないが、 タイトルバー右クリックで同じことができ、 窓の取扱も概ね同じ方法でできる。
• コピペ関連も同じキー（Ctrl+Z, Ctrl+X, Ctrl+C, Ctrl+V)。 ただしゲストOS<->ホストOSの間でのコピーのためには、別ベージにあるような設定が必要
• だが、端末（後述）の中では違う操作になる （Windowsの中で、コマンドプロンプトの時だけ様変わりするのと同様）。
• （標準の）Windowsにこれまでなかったものとして、「仮想デスクトップ」がある（Windows10からは採用されている）。
  • 複数のデスクトップを瞬時に切替られる
  • いま現在使っていない（けどわざわざ閉じるほどでもない）窓を 開けたままにしても邪魔にならないよう管理ができる。
• なお、仮想マシン上で運用しているゲストOSは、 その動作中状態をまるごとファイルに保存することができ（右右図）、 ホストOSが一旦シャットダウン+再起動されたり、 仮想ディスクを扱うファイルを別のホスト機に移動したり、 といったことがあっても、その続きの作業ができる。

4.3 必須の設定

(主に 設定メニューから行う） この節は必要に応じて次回以降に補足説明をしていきます

a. ネットワーク

1. 実マシン上での運用の場合、無線LANで接続する
   • 今回ほとんどの人は（仮想マシンなので）これに該当しない筈
   • 該当する人で本項目について不明な方は情報システムセンターに確認して下さい）
2. 仮想環境（VirtualBoxなど）でゲストOSとして運用している時は、 有線LANとして接続する。
   • ゲストOSは右上図のようにPC内で動くものだが、
   • ネットワークを考えるときには右図のように把握するといい。

• ネットワーク接続は右下隅（タスクバーに相当するエリア）に置かれた 下図のようなアイコン（ディストリビューションやバージョンや状態によって表示のアイコンは様々だが）が入り口となる。
  

• うまくつながらない人は、（ためしに） 仮想マシンの設定（VirtualBoxマネージャの機能）で「ネットワーク」を選択し、 仮想ネットワーク（ゲストとホストをつなぐ）の形式を変更（例えば右図のように）してみるといいかもしれない （ここでは詳しい解説は省略するが）。

• なお、ホストOS（Windows）から見たネットワーク接続の状況は、 下のようなコマンドで把握することができる。
  

b. proxyの設定

(ここは現在は無効なので読み飛ばしていい）

4.4 主要アプリケーション

アプリケーションメニュー（Windowsで言う「スタートメニュー」的なもの）に、 カテゴリ分けして配置されている。

• ブラウザ（antiX では firefoxが標準で装備されているが、他のものも後からインストールして使うことが可能 ）：「インターネット」カテゴリ

• メールソフト：「インターネット」

  • Thunderbird Sylpheed Geary などが知られているが、antiX では Claws Mail が入っている。
  • 他にも多数あり、Synapticの「電子メール」カテゴリで選択できる （多すぎて困るぐらいだが）。
  • これで大学メールの読み書きをするためには、
    • POPまたはIMAP(メール受信）サーバと SMTP（送信）サーバについて
    • ホスト名 ポート ユーザ名 パスワード の４項目を
    設定する必要がある（詳細は 入学時に渡された薄緑色の紙か、GMailの設定画面）。
  • もちろんブラウザ上で GMail（Webメール）での読み書きでもOK。

• エディタ（ LeafPad ）：「アクセサリ」
  • 使い方はWindowsのメモ帳に近いが、タブエディタの機能はある。
  • 他に Gedit、featherpad などがあるようだ。
  • プログラミングなどハードな使い方をする人は別のエディタを使う傾向がある （Vim←antiX に標準添付, emacs, Atom, Sublime など、一部はWindowsを含めたマルチOS対応）。
  • antiX のアプリケーションメニューでは「Editor」として Geany（IDEとしても動作する）も用意されている。
• ターミナル(端末）エミュレータ（実体はtoxterm）：「システム」
  • デスクトップ環境毎に違うものが用意されていることが多い。
  • 中で動いているのは（おおむね）bash というシェル
  • Windowsの「コマンドプロンプト」と似たもの
  • プロンプト（入力位置を示すカーソルの左側に表示される）に含まれる情報（右図） についても意識しておこう。
• ファイルマネージャー（zzzFM ファイル検索　）：「アクセサリ」
  • アプリケーションメニューの右半分にある、 特定の場所を表すアイコンを開いても このプログラムが立ち上がる。
  • 他に Thunar Nemo　等もポピュラー。
  • Windowsでいう「エクスプローラ」と似たもの
    • ただし（前にも述べたが）Unix系OSではドライブ（c: d: など）の概念はなく、利用できるファイルやディレクトリ全部が（右図のような）１つの木構造を構成している。
    • 多くのファイルマネージャではその全体を「ファイルシステム」と表記している。
    • ただし、ファイルシステムという用語は全体を構成する個々のデバイス（Windowsのドライブに相当）の構造の意味でも使われる言葉。

課題

1. antiX のアプリケーションをなるべくいろいろと、 試しに使ってみておいて下さい （使ってみての感想や不満などありましたらご報告ください）。
2. 今回紹介した主要アプリケーション以外のもので、あなたが普段、 PCやスマホで使っているアプリケーションについて、antiX 上のもので代替できるものがあるかどうか、 考察・調査・試用し、報告ください。