UNIX系OS

このページでは、UNIX系OSのファイルの木構造とパス、iノード、シェル・パイプ・リダイレクション、OSSの定義、CGの基本技術がわかります。

一言で言うと：
- UNIX（とLinuxなど）の基本の話。ファイルを木の形で管理する仕組み、コマンドをつなぐ道具（リダイレクション、パイプ）、誰でも使えて改変できるOSS、それにおまけでCG（コンピュータグラフィックス）の用語が出てくる。

ファイルの置き方（ファイルシステムとファイル）→ 基本用語（シェル・パイプ・ソケット・デーモン）→ みんなで作るソフト（OSS）→ 絵を描く技術（CG）

覚え方の軸
ファイルシステムの構造とファイル：ファイルは1本の木で管理する
UNIX系OSの基本用語
OSS（オープンソースソフトウェア）：誰でも使えて、直せて、配れる
コンピュータグラフィックスの基本技術
混同しやすいペア

覚え方の軸

UNIXは「何でもファイル」：
- 普通のデータ（通常ファイル）、入れ物（ディレクトリファイル）、装置（特殊ファイル）の3種類
パスは「どこから出発するか」で2種類：
- ルート（/）から＝絶対パス、今いる場所から＝相対パス。「.」は自分、「..」は1つ上
ファイル名と中身は別々に管理する：
- ディレクトリファイルは「ファイル名 → iノード番号」の対応表、iノードに「所有者・サイズ・アクセス権・データの場所」などの実体情報
入出力の流れを変える記号：
- 「>」はファイルへ上書き、「>>」はファイルへ追加、「|」は次のコマンドへ渡す
CGは「形を作る → 絵にする → 見た目を整える」：
- モデリング（サーフェスモデル、メタボール）→ レンダリング（レイトレーシング、ラジオシティ、Zバッファ）→ 仕上げ（シェーディング、テクスチャマッピング、アンチエイリアシング、ディザリングなど）

ファイルシステムの構造とファイル：ファイルは1本の木で管理する

ファイルシステム：
- 記憶装置の中にファイルを記録する仕組み
UNIXはファイル指向システム：
- ファイルシステムはディレクトリ構造の階層構造。すべてのファイルを1つの木構造で管理する
ルートディレクトリ：
- 階層構造の最上位のディレクトリ。ルートや任意のディレクトリから、すべてのファイルをたどれる
パス名：
- 目的のファイルまでの経路（パス）を表したもの。たどるディレクトリを「/」で区切って書く
絶対パス名：
- ルートディレクトリから目的のファイルまでのパス。「/」から始まる
相対パス名：
- カレントディレクトリから目的のファイルまでのパス
- 「.」：
  - カレントディレクトリ自身
- 「..」：
  - 親ディレクトリ（1つ上）
カレントディレクトリ：
- 今、作業しているディレクトリ
ホームディレクトリ：
- アカウントを持つユーザに割り当てられるディレクトリ。ログインするとホームディレクトリがカレントディレクトリになり、作業の大部分をここで行う
例題：
- 構造：
  - ルートの下に home と etc。home の下に taro と hana。taro の下に memo.txt。hana の下に memo.txt と todo.txt。etc の下に hosts
- hana の中の memo.txt の絶対パス名：
  - /home/hana/memo.txt
- カレントディレクトリが hana のとき、hana の中の todo.txt の相対パス名：
  - ./todo.txt（単に todo.txt でもよい）
- カレントディレクトリが hana のとき、taro の中の memo.txt の相対パス名：
  - ../taro/memo.txt（1つ上の home に上がって、taro に入る）
- カレントディレクトリが hana のとき、etc の中の hosts の相対パス名：
  - ../../etc/hosts（home、ルートと2つ上がって、etc に入る）
ファイルの3つの種類

種類	中身
通常（ノーマル）ファイル	テキストやソースプログラムなど。一般に「ファイル」といえばこれ
ディレクトリファイル（ディレクトリ）	別のディレクトリ（サブディレクトリ）を含め、いくつものファイルを入れる「入れ物」。実際は、ファイル名とファイルの実体を対応づけるためのファイル
特殊ファイル（スペシャルファイル）	磁気ディスクなどの入出力装置にアクセスするためのファイル

ディレクトリ：
- Windowsでいうフォルダ
ディレクトリファイルの中身：
- ファイル名とiノード番号の組（例：memo.txt → 120、todo.txt → 121）
iノード：
- ファイルの実体を示す情報を入れた要素。ファイル種類、所有者、サイズ、作成日時／修正日時、アクセス権、データ領域へのポインタなど
- ファイル名はiノードには入っていない（ファイル名はディレクトリファイルの側にある）
iノード番号：
- iノードを識別する番号
- 例え：
  - ディレクトリファイルは「名簿（名前 → 社員番号）」、iノードは「社員番号ごとの個人カード（所属、入社日、机の場所など）」
リンク：
- 既存のファイルに別名を付けて、その名前でもアクセスできる仕組み
- 例：
  - /home/hana/memo.txt に note と m という2つの名前でリンクを作ると、どちらの名前でも同じファイルにアクセスできる
リンクファイル：
- リンクで別名を付けたファイル
特殊ファイルの2種類（装置がどんな単位でデータを扱うかで分ける）
- キャラクタスペシャルファイル：
  - 端末やプリンタなど、文字単位で入出力する装置
- ブロックスペシャルファイル：
  - 磁気ディスクなど、ブロック単位で入出力する装置
補足：
- UNIXでは、システムにつながっているすべての周辺装置を、ディレクトリ階層の中のファイルとして扱う

UNIX系OSの基本用語

シェル：
- ユーザとOS（カーネル）の間のインタフェースとなるプログラム
- ユーザが入力したコマンドを解釈し、対応する機能を実行するようOSに指示し、OSからの結果をユーザに返す（表示する）
- シェルはシステムに固定して組み込まれているものではない。各ユーザが好きなシェルを指定できる
- 例え：
  - カーネルが「厨房」なら、シェルは注文を聞いて厨房に伝える「ホール係」
ログインシェル：
- ログインしたときに起動される最初のシェル
リダイレクション：
- コマンドの入力や出力の行き先を切り替える機能
- ls > out：
  - lsの結果を、標準出力（ふつうは画面）ではなく、out というファイルに出力する（上書き）
- ls >> out：
  - 結果を out ファイルに追加する
パイプ：
- コマンド間でデータを受け渡す仕組み。複数のコマンドで、データを連続的に処理するときに使う
- 例：
  - ファイルが多くて「ls -l」の結果がスクロールしてしまうとき、「ls -l | more」とすると1画面ずつ表示できる（lsの出力を more の入力にする）
lsコマンド：
- ディレクトリ内のファイルの情報を表示する。オプション「-l」で詳細を表示する
moreコマンド：
- ファイルを1画面ずつ分けて表示する
ソケット：
- アプリケーション間で通信するためのプログラムインタフェース。通信の出入り口（エンドポイント）
- 「プロトコル（TCP、UDP）、IPアドレス、ポート番号」の組合せで、通信ごとのエンドポイントを識別する
- ソケットAにデータを書き込むとソケットBに届き、ソケットBから読める
デーモン（Daemon）：
- OSの機能の一部を提供するプロセス。デーモンプロセスともいう
- OSと同時に、または必要に応じて起動され、その後はバックグラウンドで常に動いて特定のサービスを実行する
- 例：
  - Webサーバのhttpd、定期実行のcrondなど（名前の最後のdはdaemonのd）

OSS（オープンソースソフトウェア）：誰でも使えて、直せて、配れる

OSS（Open Source Software）：
- ソースコードをインターネットなどで公開し、誰でも利用・改変・再頒布できるようにしたソフトウェア
OSSの定義：
- OSI（Open Source Initiative）が OSD（The Open Source Definition）で定めている
OSSの定義（特徴）（★「〜は禁止」「〜を制限しない」系の選択肢に注意）
- 誰もが自由にソースコードを入手・解読・研究できる
- 一定の条件の下で、ソースコードを改変できる
- 自由に再頒布（再配布）できる
- 元のOSSを使って、新しいソフトウェア（派生物）を作れる
- 派生物を他の利用者に再頒布できる
- 再頒布した派生物にも、同じライセンスを適用（継承）できる
- ライセンス条件の下で、作った派生物を譲渡または販売できる（有料で売ってもよい）
- 誰もがOSSを使える（個人や集団に対する差別の禁止）
- 営利目的の企業での使用や、特定の研究分野での使用も許可される（利用する分野に対する差別の禁止）
- 再頒布で追加ライセンスを必要としない
- 特定の製品に依存しない
- 同じ媒体で頒布される他のソフトウェアを制限しない
- 技術的に中立である
LAMP：
- Web-DB連携システムでよく使うOSSの組合せセット（ソフトウェアバンドル）
- Linux（OS）、Apache（Webサーバ）、MySQL（データベース）、PHP／Perl／Python（プログラム言語）
LAPP：
- LAMPのデータベースをPostgreSQLにしたもの
ディストリビュータ：
- OSSの核となるソフトウェア（特にLinuxカーネル）にアプリケーションソフトを加えて、パッケージとして提供する組織
ディストリビューション：
- ディストリビュータが提供するパッケージ。LinuxディストリビューションにはRedHat系やDebian系がある
SELinux（Security-Enhanced Linux）：
- ディストリビューションではなく、Linuxのセキュリティを強くする拡張モジュール
- root（管理者権限）に制限をかけることで、root権限を奪われたときの影響を最小限にする

コンピュータグラフィックスの基本技術

CG（Computer Graphics）：
- コンピュータグラフィックス
レンダリング：
- 物体のデータ（形状、表面の質感、光源など）から、ディスプレイに描ける画像や映像を作る処理
- VR（バーチャルリアリティ）のモデリングでは、仮想世界の情報を、ディスプレイに描ける形式の画像に変換する
主なレンダリング手法

手法	やり方
レイトレーシング	視点からの光線（視線）を、スクリーンの画素ごとに1つずつ追跡し、物体との交差判定で見える物体を決める（レイキャスティングが基本）。交点での光の反射・散乱・透過も再帰的に追跡するので、より現実に近い画像になる
ラジオシティ法	物体の表面で拡散反射された間接光が、他の物体を照らす効果を反映する。物体間の光エネルギーの放射・反射を計算して、拡散反射面の輝度を決める
Zバッファ法（深度バッファ法）	視点から物体までの距離（奥行き）をZバッファに記憶しておき、一番手前の交点を選んで陰面消去（後ろに隠れた面を描かない）を行う

その他のCG技術
- アンチエイリアシング：
  - 斜め線や曲線の階段状のギザギザ（ジャギー）を目立たなくする。描画色と背景色の中間色を計算し（平均化演算）、境界近くのピクセルに補って滑らかに見せる
- ディザリング：
  - 表現できる色数が少ない環境で、いくつかの画素を組み合わせて、見かけ上の色数（階調）を増やす（例：白と黒の点の混ぜ方で灰色に見せる）
- シェーディング：
  - 立体感を出すため、物体の表面に陰付けをする
- テクスチャマッピング：
  - モデリングした物体の表面に、柄や模様を貼り付ける
- ブレンディング：
  - 画像を半透明にして、別の画像と重ね合わせる
- モーフィング：
  - ある形から別の形へ滑らかに変化する様子を表すため、中間の画像を複数作る
- メタボール：
  - 球や楕円などの単純な曲面のオブジェクト（メタボール）を変形させてできる曲線で、物体を表す。メタボールどうしを近づけるとつながって形が変わる
- サーフェスモデル：
  - ポリゴン（三角形や四角形などの多角形）や曲面パッチで、物体の形を表面だけで表す

混同しやすいペア

絶対パス名（ルート「/」から）／相対パス名（カレントディレクトリから）
「.」（自分のディレクトリ）／「..」（親ディレクトリ）
カレントディレクトリ（今いる場所）／ホームディレクトリ（ログインしたときの自分の場所）
ディレクトリファイル（ファイル名 → iノード番号）／iノード（所有者、サイズ、アクセス権、データの場所。ファイル名は持たない）
キャラクタスペシャルファイル（文字単位。端末、プリンタ）／ブロックスペシャルファイル（ブロック単位。磁気ディスク）
リダイレクション（ファイルとの入出力を切り替える。> は上書き、>> は追加）／パイプ（コマンドからコマンドへ渡す。|）
シェル（ユーザとカーネルの通訳）／デーモン（裏で常に動くサービスのプロセス）
ソケット（アプリ間通信の出入り口。プロトコル＋IPアドレス＋ポート番号）／パイプ（同じコンピュータ内のコマンド間の受け渡し）
LAMP（MySQL）／LAPP（PostgreSQL）
ディストリビューション（Linuxのパッケージ。RedHat系、Debian系）／SELinux（セキュリティの拡張モジュール。rootに制限をかける）
レイトレーシング（光線を追跡。反射や透過まで）／ラジオシティ法（拡散反射の間接光）／Zバッファ法（奥行きで陰面消去）
アンチエイリアシング（ギザギザを中間色でなめらかに）／ディザリング（少ない色数で多くの階調に見せる）
シェーディング（陰を付ける）／テクスチャマッピング（模様を貼る）／ブレンディング（半透明で重ねる）／モーフィング（形を滑らかに変える）

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