授業資料/05
授業内容 †
これからの内容を理解するために，unix の動作の基本について説明する.
Unix が動いているということ †
unix という OS が動いているということは，ユーザに対してさまざまな直接に応答をするだけではない.
さまざまな応答を「サービス」するために，背後で常に動いているソフトウェアがあったり，要求に応じてソフトウェアが自動的に立ち上がったり，定期的に起動したりするソフトウェアがある.
希望通りのサービスを行わせるためだけではなく，動作の効率化の面からもセキュリティの面からもこうしたソフトウェアの在り方と設定を知ることが必要である.
今回はそうした「自動的に起動するソフトウェア」について学ぶ.
常に動いているソフトウェア †
unix に限らず，ある程度の規模の OS ではさまざまなサービスを提供するために常に動いているソフトウェアが存在する.
まずは今動いているソフトウェアを見てみる †
ps というコマンドがまずは基本.
jman ps
もしくは
man ps
として，まずはこのコマンドについて調べよう. なんとなくわかった気になったら，その後，
ps -axu | less
としてみよう. こうすると全てのプロセスが見える. ある程度の文字数で表示が切られてしまい良く読めないという場合は，
ps -axuww | less
などとすればよい.
次に，実際に動いている各々のプロセスがどれくらいの負荷をかけているのか調べてみよう.
この目的には top というコマンドが適している. これもマニュアルをひいてから，実際に
top
としてみよう. プロセスの状況が動的にみえ，かつ，cpu やメモリの状況などがみられることがわかるだろう.
次に，様々なファイルを開いているプロセスの状況をみるためのコマンド，lsof を使ってみよう.
ただし，lsof はインストールされていないかもしれない. その場合は，ports からさくっとインストールしておこう.
(インストール後)，まずはマニュアルをひいてから，
lsof | less
としてみよう. たぶんよくわからないだろうから，今度は
lsof -i4 lsof -i4 -P
としてみよう. こうするとネットワーク port の状況(待ち受け含む)を知ることができる.
これらはネットワークサービスをする際に非常に重要な情報であり，このために lsof は重宝する．
実習 †
上のコマンド例を順次試してみよう．
また，もしインストールされていなければ，lsof を ports を使ってインストールしよう．
kernel †
Unix OS そのもの，中核であるソフトウェアは通常 kernel と呼ばれ，これは常に動作している.
kernel の役目はその OS 上で動くソフトウェアの制御と，各ソフトウェアに資源(メモリ，ハードディスク，各 I/O 等々)を提供することにある.
具体的には，CPU やメモリなどのハードウェアの基本的な制御，その上での抽象的な資源(仮想メモリなど)の構築, 各ソフトウェアへの資源割り当て*1などであり, unix OS のソフトウェアの中で「もっとも重要なソフトウェアの一つ」である.
kernel および kernel に組込むモジュールは現在の FreeBSD では /boot/kernel ディレクトリにある.
kernel の動作を変えるには，設定を変える方法と kernel 自身をコンパイルして作り直す方法がある*2.
詳しく書くと以下の通りである．
- 設定ファイルを書き換えておいて起動する(効果は永続的)
設定ファイルは /boot/loader.conf である．これを適宜書き換えておいてから(再)起動すると，その設定に沿う．
この設定ファイルのデフォルト設定は /boot/defaults/loader.conf にあるのでみてみよう(この設定をいじると，商用 OS のように起動時に画像を出すこともできる).
- 起動時に手動で設定を変える(その起動時のみしか効果は無い)
ブート時に，ローダ(loader)に「入って」そこで手動で設定を変えるという手法がある.
この効果は一時的であるが，設定を間違えて起動しないときや，新しいカーネルを作ったがうまく動かないなどという時には重要な手段だ*3.
具体的には，マシンを起動して，起動時のメニュー
が出た時にスペースキーを押していったん停めてから， 6 キーを押して選ぶ. すると
というプロンプトがでてローダに入れたことがわかる.
ローダの上では ? を押せば使えるコマンドが出る. ローダの中で困ったら，autoboot とすれば通常通り起動するのでこれを使おう.
ちなみに，ローダ上で使えるコマンドは，(FreeBSD が普通に動いているときに) jman loader とすればマニュアルがひける.
- 動作中に設定を変える
- sysctl を使う. まずはマニュアルを簡単に読もう. それから，(情報をみるだけなら問題ないので) root で
sysctl -a -h | less
などとしてみよう. 丁寧に見ていくと，なんとなくわかる項目もあるだろう.
ちなみに，書き換えてみたければ sysctl 変数名=設定値 で書き換えが可能だが，慣れていないうちはあまりお勧めしない(^-^)
- sysctl を使う. まずはマニュアルを簡単に読もう. それから，(情報をみるだけなら問題ないので) root で
- カーネルモジュールのロード,アンロードを行う. コマンドは kldload と kldunload だ. デバイスドライバの設定をあれこれ変える場合などにお世話になるだろう.
これら2コマンドのマニュアルをひき，おおよそ理解しておこう.
特殊なハードウェアを使う際などにはお世話になる.
- カーネルをコンパイルして作ってしまう(かなり細かいカスタマイズが可能)
普通は，/usr/src/sys/i386/conf にある GENERIC ファイルをコピーして書き換えてからコンパイルし直すという手順を踏む.
さすがにここで書ききれないので，FreeBSD の公的資料である ハンドブック(FreeBSDカーネルのコンフィグレーション) を紹介しておく.
この手法でFreeBSD の「性能」を大きく変えることができるので，マシンの用途によってはカーネルの再コンパイルを検討した方がよいだろう.
実習 †
「1つのプロセスが使えるメモリの最大量」を決めるカーネル設定値を以下の手順で変えてみよう．
- まず，現状がどれくらいかをみてみる．
まず，スーパーユーザになってから，unlimit -h
として，(もしかかっているなら)各種制限をカーネルの限界設定値まで外しておく．
そして，limit -h
というコマンドを実行すると，次のようにプロセスが「現在使える各種リソースの大きさ」が表示される*4．cputime unlimited filesize unlimited datasize 524288 kbytes ← 今回注目するのはココ． stacksize 65536 kbytes coredumpsize unlimited memoryuse unlimited vmemoryuse unlimited descriptors 7207 memorylocked unlimited maxproc 3603 sbsize unlimited
すると，今回注目しているプロセスが使えるメモリの最大値(上の datasize の値)が，約512MB に制限されていることが分かる*5． - 制限を決めている設定値を確認しておこう
実は，この限界を決めているカーネルの設定変数は kern.maxdsiz というものである(スペルに注意．最後の "e" は無い)．
これを確認するために，sysctl -a -h | grep maxdsiz
としてみよう．上の限界値が出てくるので，納得だ． - 動作中に変更してみよう
実は先に言っておくと，この変数は OS 動作中は変更できない*6．
でも試しにやってみよう．sysctl kern.maxdsiz="256M"
としてみよう．sysctl: oid 'kern.maxdsiz' is a read only tunable sysctl: Tunable values are set in /boot/loader.conf
というように，「この変数は読むことしかできないよ．/boot/loader.conf で設定されてるよ」と言われる． - 起動時に手動で変更してみる(一時的変更)．
マシンを再起動させ，上に書いた手順でローダ(loader)に入ってみよう.
そして，OK というプロンプトが出ている状態で，set kern.maxdsiz="256M" boot
としてみよう(安全のために小さい値にしておく)．こうして起動してから，limit -h としてみて，cputime unlimited filesize unlimited datasize 262144 kbytes ← これが手動で設定した値になっている! stacksize 65536 kbytes coredumpsize unlimited memoryuse unlimited vmemoryuse unlimited descriptors 7207 memorylocked unlimited maxproc 3603 sbsize unlimited
datasize が設定した値になっていることを確認しよう． - リブートして, 一時的な手動設定が消えることを確認しよう
リブートしてみて，起動してから limit -h として，datasize が最初の値に戻っていることを確認しよう． - 設定ファイルを書き換えて，再起動してみよう．
/boot/loader.conf に次の1行を書き加える(今度は少し大きめにしてみた)*7．kern.maxdsiz="640M"
書き換えたら，再起動して，limit -h だ．すると，cputime unlimited filesize unlimited datasize 655360 kbytes ←これが /boot/loader.conf で設定した値になっている! stacksize 65536 kbytes coredumpsize unlimited memoryuse unlimited vmemoryuse unlimited descriptors 7207 memorylocked unlimited maxproc 3603 sbsize unlimited
というように，確かに変更されていることがわかる．
ちなみに，こうした値は「安全性」と「性能」のバランスを変えるものなので，マシンの用途に応じて調整していくことになる．ある程度 FreeBSD を使い込むならば，少しずつ変えていくのがよいだろう．
sysctl を眺めてみる．
sysctl -a -h | less
の結果を眺めて，分かる部分，推測できる部分がないか探してみよう．
(おまけ) ローダに慣れてみる．
ローダ(loader)に入って，lsmod として，どんなモジュールが読み込まれているかみてみよう.
意外にみるだけでわかるものもあるはずだ.
また，heap としてみて，メモリの使用状況を見てみよう. 素朴な情報だが，いろいろわかってくる気がするだろう．
(おまけ) /boot/loader.conf で設定すると，他の OS のように起動時に「自分の用意した画像」を表示することができる．jman loader.conf としてマニュアルを見ると詳細はわかるが，例を示してしまおう．
- 1024x768 サイズ, 256色の画像をビットマップ(bmp)で用意(
サンプル)して，/boot の下に置いておく． 名前はなんでもよい．例えば，今回は open.bmp だとしておこう． - /boot/loader.conf に次の4行を書きこんでおく．
splash_bmp_load="YES" vesa_load="YES" bitmap_load="YES" bitmap_name="/boot/open.bmp" ← 自分の用意したファイル名
- reboot して，起動時に画面に画像がでるのを確認しよう．
サンプルinit †
unix では全てのプログラムには，親から起動される子という「親子関係」がある.
そして，unix OS の中で「プログラム」として意識されるプログラム/プロセス全ての「始祖」プログラムが init である.
通常は pid 1 である*8.
もうちょっと細かく解説すると，unix では init を除いてあらゆるプロセスは「親プロセス」をもっており，親プロセスが死んだときにはその子プロセスも死ぬことになっている.
であるので，全てのプロセスの遠い親にあたる init が死ぬとシステムがリブートするなど，init の挙動はシステム全体に大きな影響を与える.
init は起動後，/etc/rc, /etc/rc.subr, /etc/rc.conf などを読み，その設定に従って主に /etc/rc.d/以下にあるさまざまな daemon を起動するという流れで様々なソフトウェアを起動する.
より詳しくは，init のマニュアルを参照されたい.
実習 †
init を調べてみよう．
まず，ps -axu | less を使って，init が確かに pid 1 で動いているのを確認しよう.
init のマニュアルを読むとカーネルのセキュリティレベルについての記述がある. ハードディスクが書き換えられなくなるモードなど，セキュリティレベルが高いモードの記述を後学のために読んでおこう．
また，先の sysctl の出力でこれに相当するのはどこか調べよ(マニュアルをよく読むか，sysctl -a -h の結果の中から例えば secure という文字列を含んでいるところを grep すればよいよね)．
そして，その値が今どうなっているか調べよ.
また，init のマニュアルを読むと，kill ほげほげ 1 についていくつか解説が載っている.
それらを理解した上で，スーパーユーザになってから
kill -INT 1
を行ってみよ.
Daemon †
なんらかのサービスを提供するためにバックグラウンドで常時動いている(もしくは呼び出されたら即時起動するも)ソフトウェアは一般に daemon (ダイモン，デーモン)*9と呼ばれる.
いずれ細かく示すが，その unix で何ができるのかは daemon をみれば大体分かる.
まずはどんな daemon が今動いているのか，名前だけでもみてみよう.
実習 †
先の ps, top, lsof についての操作を再度してみて，今現在どのようなソフトウェア(daemon)が動いていて，どういう「待ち受け」をしているか推測してみよ.
サービス要求があったときに起動されるソフトウェア †
常にバックグラウンドでソフトを動かしていることには次のような利点と欠点がある.
- すぐ反応できる(利点)
- メモリや CPU をそれなりに消費する(欠点）
そこで，「たまに必要な時があるが特に迅速なレスポンスがなくともよい」というサービスについては「呼ばれてから起動する」というように設定しておくと無駄がない.
こうした用途に使われるのが「スーパサーバ」"inetd" *10である.
inetd だけを立ち上げておけば，必要に応じて呼ばれたソフトウェアを起動して接続してくれるのだ.
ただし，inetd はその「便利さ」ゆえにセキュリティ的な緩さをもたらしやすいため，最近はデフォルトでは動いていないことが多いので，動かす際には明示的に設定しないといけないことに注意しよう.
inetd を使うには †
inetd を使うには，
- /etc/inetd.conf で呼ばれたら立ち上がるソフトウェアの設定をする.
- inetd がそもそも立ち上がっていないならば立ち上げる.
- 外から接続が必要なソフトの場合は，接続許可を出しておく.
という段階を踏めばよい.
以下，説明しよう.
inetd を使うには: /etc/inetd.conf の書き換え †
/etc/inetd.conf を見ると実例が書かれコメントアウトされているので，おおよそはわかるだろう.
7項目ある内容を大ざっぱに述べると，左から
- サービス名: /etc/services に書かれているものと一致しないといけない. inetd はservices の情報を使う.
- ソケットタイプ: 通常は TCP ならば stream, UDP ならば dgram だ.
- プロトコル: 通常は TCP か UDP だ. TCP はやり取りをする通信に，UDP は繋ぎっ放しの通信に向いているぞ.
- 接続してからの inetd の挙動: 通常は TCP ならば nowait で UDP ならば wait だ. nowait には nowait/5 などとすると同時接続数を(例えばこの場合は 5までに)制限できる.
- 立ち上げる deamon の実行権限: セキュリティを考えて特殊なユーザの権限にすることが最近は流行りだ.とりあえず root にしておけばセキュリティ以外の問題はあまり起らないが…
- 立ち上げる deamon のpath: ソフトの在処. internal というのは inetd 自身が提供できるサービスだ.
- 立ち上げる deamon のコマンド: コマンドラインオプションなんかも書ける.
となっている.
なお，既に inetd が動いている状態で /etc/inetd.conf を書き換えた場合は，
kill -HUP (inetd のpid)
とすれば inetd.conf を読み直してくれる.
inetd を使うには: inetd の立ち上げ †
起動時にいつも動くようにしておくには， /etc/rc.conf に
inetd_enable="YES"
と書いておけばよい.
inetd を使うには: 外からの接続許可 †
セキュリティ対策として，TCP wrappers による外部からの「接続許可」制度が FreeBSD には導入されている.
inetd はデフォルトではこの接続許可制度を利用する(利用しないようにもできる).
具体的には，この許可がどうなっているかは /etc/hosts.allow で記述される.
記述は見れば分かるが，
プログラム名 : 接続してくるマシン名 : 許可/不許可
というようになっており，上の行から「該当するかどうか」を調べていくようになっている.
そして，「最初に該当した設定」が有効になる仕組みだ(より詳しくは "jman hosts_access" としてマニュアルを参照せよ).
たぶん，皆の初期設定では最初の方に
ALL : ALL : allow
と書いてあるだろうから，まずはいじらないでおこう.
この場合，何でも無制限で接続されることになるので，計算機室では問題ないが，外部向けサーバでは注意すべき点の一つである.
実習 †
ネットワークで接続して「今日の名言を聞せてくれる」サービスを実現してみよう(^-^)
それには，サービスを要求されたら「名言を出力する」プログラムを立ち上げるだけで良い.
以下，やってみよう．
- サービスを行うプログラムを確認する．
そうしたプログラムには fortune というものが知られているので，これがコマンドとしてがインストールされているかチェックする(fortune とコマンドを打ってみればよい)．
インストールされていなければ，sysinstall → Configure → Distributions → gamesでインストールせよ．
さて，使えるようになったら，
のように，ランダムに選ばれた格言? が出力されるはずだ. - /etc/inetd.conf を編集する．
qotd stream tcp nowait root /usr/games/fortune fortune
(全部で 7項目. 項目間はタブで区切る)
と書き加えればよい．タブで区切るかわりにスペースで区切ったりしないように． - inetd が動くように /etc/rc.conf に1行追加して，再起動する(上の項目を見よ)．
確かに inetd が動いているか，lsof -i4 -P
として，上で設定したとおり port 17 で inetd が聞耳を立てていることを確認しよう. - さて，実際にネットワーク越しに inetd -> fortune コンビが応えてくれるか，みてみよう．
まず，telnet localhost 17
と自分のマシンに接続してみて，今日の名言が出力されるか見よ.
次に，少なくとも自分でない他二人のマシンに対して同様にtelnet (相手マシン名) 17
として
のようにきちんと名言が出力されるか見よ. - 接続制限をしてみよう．
/etc/hosts.allow の ALL : ALL : allow よりも前にALL : localhost : allow fortune : ALL : deny
という二行を書き込んでから(fortune ではなくて qotd と書きそうになるがそうではないので注意すること)，次のようにして inetd を一旦止めて，そして動かそう("kill -HUP (inetd の pid)" でも良さそうだが，念の為).
具体的には，/etc/rc.d/inetd restart
とすればよい.
そして，自分のマシンに接続してみて名言が出力されること，他のマシンから接続して貰って確かにサービスが外からは受けられないことを確認せよ.
定期的に起動されるソフトウェア †
上に述べた「いつも動いている」「呼ばれたら動くように待機している」というソフトウェアの他に，「定期的に動く」ソフトウェアがある.
システムの調査や update など，定期的に実行した方が良いものが相当する.
具体的な仕組みとしては inetd に良く似ており，定期的にそれらのソフトを起動する "cron" daemon があり, cron が設定に従って様々なソフトウェアを起動するようになっている.
cron †
起動後は cron は一分毎に目覚め，その度に設定ファイルをチェックしてから設定に従って条件にあうソフトウェアを動かすようになっている.
よって，設定ファイルを書き換えた後にその結果を反映させるための特別な操作は必要ない…はずだが，そうでない場合もあるようだ(つまり, 設定ファイルを書き換えたらやっぱり "kill -HUP (cron の pid)" としたほうがよい).
cron に作業をさせるための設定ファイルは一般に crontab と呼ばれ，次のような二種類がある.
- /var/cron/tabs/ユーザ名 … 直接エディタでいじらずに，"crontab -e" とコマンドを起動して編集する.
このコマンド "crontab" (混同しやすいが，crontab というコマンドもあるのだ)については "jman crontab" でマニュアルを読むことができる.
また，ファイル形式については(/etc/crontab が良いサンプルになる.ただし，ユーザ名(第6項目)は不要.) "jman 5 crontab" とするとマニュアルがひける.
ただし，そのユーザに cron の実行権限がないとこの設定ファイルに書いた内容が実行されないので要注意だ．
おおざっぱには，/var/cron/allow ファイルにそのユーザ名が書いてあり，/var/cron/deny ファイルにそのユーザ名が無ければよい. - /etc/crontab … システム用. 直接エディタで編集する. システムの毎日のチェックや，大きくなったログファイルの回収など，定期的な仕事に便利に使われる．
実習 †
cron を使ってみよう.
まず，通常ユーザでも cron が使えるように，/var/cron/allow を設定せよ.
具体的には，ユーザ名のみを書いた行が /var/cron/allow にあればよい(その行にスペースやタブなど，ユーザ名以外の文字が入っていてはいけない).
そうしたら通常ユーザで cron を使ってみよう.
crontab -e
として，適当な内容を登録してみるということだ. 例えば，
*/1 * * * * tail /var/log/messages >> 適当なファイル名
(全部で6項目. 項目間はタブで区切る. 最後の項目 "tail ... " は "tail" コマンドを使ったコマンド文なので，この中身の要素間はスペースで区切っている)
などと登録しておけば，messages の最後の 10行が 1分毎に追加され記録されることになる.
登録できたかどうか
crontab -l
とすればわかる.
で，実際に動いているかどうかは，(rootで) /var/log/cron を読めば cron のログが分かるので判定できる.
うまくいかない場合は，ログをみて登録に問題がないかよくみよう.
また，登録が有効になっていないというような場合は，cron に対して kill -HUP をかけよう.
(うまくいったあとは再び crontab -e などを使って登録を外し, 念の為に cron に対して kill -HUP をかけておくこと)
periodic †
定期的に行われるシステム作業のうち特に典型的なものは /etc/periodic 以下におかれ，periodic コマンドで動かされる.
この periodic コマンドは cron でよばれるようになっている(/etc/crontab にperiodic を呼んでいる部分があるはずだ).
periodic コマンドの設定は /etc/periodic.conf でなされる(特に変わった設定をしていない場合はこのファイルはなくてもよい).
そのデフォルト値は /etc/defaults/periodic.conf に書かれている.
newsyslog †
newsyslog も cron から呼び出されることを想定しているソフトウェアで，様々なソフトウェアのログファイルの保全を行うものである.
具体的には，現在のログファイルを名前を変えて保存して，新しいファイルを用意する作業を行う.
設定は /etc/newsyslog.conf で行われる.
この設定を適切に行なっておかないと，ログファイルが大きくなりすぎてハードディスクが溢れたりする.
実習 †
/etc/newsyslog.conf を読んで，今の時点でどのようなログファイルがどのように保全されているか調べよ.
レポート †
本日行った作業について furihata あっと cmc.osaka-u.ac.jp にメールで報告せよ.
もちろん各自の
- 所属(学部，学科)
- 学籍番号
- 学年
- 氏名
- 日時
- 肝心のレポート内容(得た知見，作業について気づいたこと等)
を書くのを忘れないように.
おまけ †
文字端末エミュレータソフトの「もと」になっている本物の文字terminal(端末) とは，以下のようなものである.
見た目は，モニタとキーボードにしか見えない.
背面にネットワークへの接続コネクタがある. 右側の馬鹿でかい縦に並んだ黒いのがそれだ.
ただし，この場合のネットワークとはせいぜい 9600bps (しょぼい Ethernetの速度の 10Mbps の約 1/1000 の速度!)でしかなく，文字の書き換えが目視できるレベルだった.
当然? 画面はモノクロだ. 色は多くが(目に優しいとされる)グリーンかアンバーだった.
良くみると "VT100モード" という文字が見えるだろう．
これは，文字端末のデファクトスタンダードである DEC 社の VT100 端末と互換性のあるモードで動く状態を意味している.
今でもこの vt100 モードは使われていて，
grep vt100 /etc/termcap
などとするとそうした設定をみることができる.
about Icons †
Some icons in this page are downloadable at ICONFINDER.
The "note" icon designed by Marco Martin is distributed with the LGPL licence
and the "warning" icon 
designed by Alexandre Moore with the GPL licence.
Thank you Marco and Alexandre!
*1 マルチタスクはCPUなどの資源を順番に割り当て直すことで実現される
*2 なんと OS の中核そのものを自分で作り直すことができるのだ
*3 そのときは，loader 上で boot コマンドで古いカーネルから起動すればよい. もちろん，古いカーネルをバックアップしてなければそれまでだが…
*4 詳細は jman csh として limit の部分を読もう
*5 このデフォルト値は結構小さい
*6 たぶん「危ない」からだろう
*7 あまり大きな値を設定するとブートしなくなるので注意
*8 さらに nest して init を起動することが可能な環境が存在する. 詳しくは jman jail などとしてみよ.
*9 daemon は守護神とか，ギリシャ神話に出てくる半神半人のことで，悪魔(demon)ではないことに注意せよ. 綴りが違う. まあアメリカ人でもよく誤解するわけだが. なお，BSD 系 unix では daemon はマスコットとしての重要な役割がある. 詳しくは http://www.freebsd.org/ja/copyright/daemon.html を見よ.
*10 知らない? ならばすぐマニュアルをみよう. マニュアルをすぐ見ることは unix では「よいこと」とされる
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