Annotation of OpenXM/doc/genkou19991125.tex, Revision 1.51
1.50 ohara 1:
1.1 tam 2: \documentclass{jarticle}
3:
1.51 ! ohara 4: %% $OpenXM$
! 5:
1.50 ohara 6: \title{
7: 1. いいかげんスタイルファイルをかえよう。\\
8: 2. 意味もない修飾過剰な語句は排除しましょう。
9: TCP/IP ソケットとか、TCP/IP 実装とか何のこっちゃと思いました。
10: }
1.1 tam 11: \author{
1.34 tam 12: 前川 将秀\thanks{神戸大学理学部数学科},
13: 野呂 正行\thanks{富士通研究所},
1.40 tam 14: 小原 功任\thanks{金沢大学理学部計算科学教室}, \\
1.41 tam 15: 奥谷 行央
1.35 tam 16: %\thanks{神戸大学大学院自然科学研究科博士課程前期課程数学専攻},
17: \thanks{神戸大学大学院自然科学研究科数学専攻},
1.34 tam 18: 高山 信毅\thanks{神戸大学理学部数学教室},
1.35 tam 19: 田村 恭士
20: %\thanks{神戸大学大学院自然科学研究科博士課程後期課程情報メディア科学専攻計算システム講座}
21: \thanks{神戸大学大学院自然科学研究科情報メディア科学専攻}
1.1 tam 22: }
1.30 ohara 23: \date{1999年11月25日}
1.2 tam 24: %\pagestyle{empty}
1.1 tam 25:
26: \begin{document}
27: \maketitle
28:
1.30 ohara 29: \section{OpenXMとは}
30:
1.43 tam 31: OpenXM は数学プロセス間でメッセージを交換するための規約である。
32: 数学プロセス間でメッセージをやりとりすることにより、
33: ある数学プロセスから他の数学プロセスを呼び出して計算を行なったり、
34: 他のマシンで計算を行なわせたりすることが目的である。
35: なお、 OpenXM とは Open message eXchange protocol for Mathematics の略である。
36: OpenXM の開発の発端は野呂と高山により、
37: asir と kan/sm1 を相互に呼び出す機能を実装したことである。
1.31 tam 38:
1.50 ohara 39: {\bf\large 以下の説明がなぜ必要なのかは全然分からないけれど、}
40: 初期の実装では、相手側のローカル言語の文法に従った文字列を送っていた。こ
41: の方法では相手側のソフトが asir なのか kan/sm1 なのかを判別するなどして、
42: 相手側のローカル言語の文法に合わせた文字列を作成しなければならない。この
43: ローカル言語の文法に従った文字列を送る方法は、効率的であるとはいい難いが、
44: 使いやすいとも言える。
45:
46: 現在の OpenXM 規約では共通表現形式によるメッセージを用いている。上記の文
47: 字列を送る方法の利点を生かすため、OpenXM 規約では共通表現形式の中の文字
48: 列として、ローカル言語の文法に従った文字列を用いたメッセージの交換も可能
49: となっている。{\large\bf しかし、こんな細かいことをここで説明しなければ
50: ならない理由がやっぱり分からないなぁ。構成的におかしいと思うけどなぁ。意
51: 味不明。}
52:
53: OpenXM 規約では通信の方法に幾らかの自由度があるが、現在のところは TCP/IP
54: を用いた通信しか実装されていない。そこで、この論文では具体的な実装は
55: TCP/IP を用いていると仮定する。
1.30 ohara 56:
1.36 tam 57: \section{OpenXM のメッセージの構造}
1.30 ohara 58:
1.50 ohara 59: OpenXM で規定されている TCP/IP 実装によるメッセージはバイトストリームと
60: なっており、次のような構造になっている。
1.30 ohara 61:
1.50 ohara 62: \begin{tabular}{|c|c|}
63: \hline
64: ヘッダ & \hspace{10mm} ボディ \hspace{10mm} \\
65: \hline
1.36 tam 66: \end{tabular}
67:
68: ヘッダの長さは 8 バイトであると定められている。
69: ボディの長さはメッセージごとに異なっているが、
1.40 tam 70: 長さは $0$ でもよい。
1.38 tam 71:
1.36 tam 72: ヘッダは次の二つの情報を持っている。
1.30 ohara 73: \begin{enumerate}
1.43 tam 74: \item 前半の 4 バイト。メッセージの種類を表わす識別子であり、
1.36 tam 75: タグと呼ばれる。
1.43 tam 76: \item 後半の 4 バイト。メッセージにつけられた通し番号である。
1.30 ohara 77: \end{enumerate}
1.36 tam 78: それぞれの 4 バイトは 32 ビット整数とみなされて扱われる。
79: この場合に用いられる整数の表現方法の説明については後述するが、
80: 基本的に表現方法はいくつかの選択肢から選ぶことが可能となっており、
81: またその選択は通信路の確立時に一度だけなされることに注意しなければならない。
1.50 ohara 82: 現在のOpenXM 規約では、タグ(整数値)として
83: 以下のものが定義されている。
1.45 tam 84:
85: \begin{verbatim}
1.50 ohara 86:
1.45 tam 87: #define OX_COMMAND 513
1.50 ohara 88: #define OX_DATA 514
89: 足りないものは追加しましょう。怠けてはダメよ。
90:
1.45 tam 91: \end{verbatim}
1.30 ohara 92:
1.50 ohara 93: ボディの構造はメッセージの種類によって異なる。
94: この論文では、OX\_DATA と OX\_COMMAND で識別されるメッセージについてのみ、
95: 説明する。
96:
97: 既存のメッセージでは対応できない場合は、新しい識別子を定義することで新し
98: い種類のメッセージを作成することができる。この方法は各数学ソフトウェアの
99: 固有の表現を含むメッセージを作成したい場合などに有効である。新しい識別子
100: の定義方法については、\cite{OpenXM-1999} を参照すること。
1.42 tam 101:
102: \section{OpenXM の計算モデル}
103:
1.44 tam 104: %{\Huge この節では計算モデルの話をしなければいけません}
1.42 tam 105:
1.50 ohara 106: OpenXM 規約での計算とはメッセージを交換することである。また、 OpenXM 規
107: 約ではクライアント・サーバモデルを採用しているので、メッセージの交換はサー
108: バとクライアントの間で行なわれる。クライアントからサーバへメッセージを送
109: り、クライアントがサーバからメッセージを受け取ることによって計算の結果が
110: 得られる。
111:
112: サーバはスタックマシンである。サーバがクライアントから受け取ったメッセー
113: ジは、タグが OX\_COMMAND でなければすべてスタックに積まれる。タグが
114: OX\_COMMAND となっているメッセージはスタックマシンへの命令であり、このメッ
115: セージを受け取ったサーバはそれに対応する動作を行なうことが期待されている。
116: サーバはメッセージを受け取らない限り、自ら何か動作をおこなわない。
117:
118: {\large\bf 意味不明な書き方だけど、} これは毎回サーバへメッセージを送る
119: たびに、いつもサーバからのメッセージをクライアントが待つ必要がないことを
120: 意味する。このため、クライアントはサーバの状態を気にせずにメッセージを送
121: り、一旦メッセージを送付し終えた後、サーバへ送ったメッセージの結果をサー
122: バから待つことなしに次の動作に移ることができる。
1.42 tam 123:
1.50 ohara 124: \section{OpenXM の計算の進行方法}
1.30 ohara 125:
1.50 ohara 126: 前の節と重複しているのでもう少しちゃんと考えて欲しいのだけれど、
1.30 ohara 127:
1.45 tam 128: サーバが行うのは基本的に次の事柄だけである。
129: クライアントからメッセージを受け取ると、
130: サーバはまずメッセージの識別子を調べ、
131: タグが OX\_COMMAND のメッセージでなければスタックに積む。
132: タグが OX\_COMMAND のメッセージであればメッセージのボディから
133: スタックマシンの命令コードを取りだし、
1.39 tam 134: あらかじめ規約で定められた動作を行なう。
135:
1.45 tam 136: 上の説明でわかるように、
1.39 tam 137: サーバはクライアントからの指示なしに、
1.45 tam 138: 自らメッセージを送らないことに注意する必要がある。
1.39 tam 139: %(例外? ox\_asir の mathcap)。
1.30 ohara 140:
1.45 tam 141: サーバがクライアントから受け取ったメッセージはすべてスタックに積まれている。
142: 次いでサーバにスタックマシンへの命令を送ると、
1.39 tam 143: 初めてサーバはデータをスタックに積む以外のなんらかの動作を行なう。
1.30 ohara 144: このとき、必要があればサーバはスタックから必要なだけデータを取り出す。
145: ここで、クライアントからの命令による動作中にたとえエラーが発生したとしても
146: サーバはエラーオブジェクトをスタックに積むだけで、
1.45 tam 147: 明示されない限りエラーをクライアントへ返さないことに注意しなければならない。
1.30 ohara 148:
149: 結果が生じる動作をサーバが行なった場合、
1.41 tam 150: サーバは動作の結果をスタックに積む。
1.30 ohara 151: サーバに行なわせた動作の結果をクライアントが知りたい場合、
1.45 tam 152: スタックからデータを取り出し送信を行なう命令をサーバ側へ送ればよい。
1.39 tam 153:
1.45 tam 154: %{\Huge 以下、書き直し}
1.3 tam 155:
1.45 tam 156: クライアントがサーバへメッセージを送り、
157: 計算の結果を得るという手順を追っていくと次のようになる。
1.3 tam 158:
159: \begin{enumerate}
1.45 tam 160: \item まず、クライアントがサーバへメッセージを送る。
161: サーバは送られてきたメッセージをスタックに積む。
162: \item クライアントがサーバにスタックマシンへの命令を送ると、
163: サーバは必要なだけスタックからデータを取り出し、
164: 実行した結果をスタックに積む。
165: \item 最後に「スタックからデータを取り出し送信を行なう命令」を
1.30 ohara 166: サーバへ送ると、サーバはスタックから計算結果の入っている
167: データを取り出し、クライアントへ送出する。
1.4 tam 168: \end{enumerate}
1.2 tam 169:
1.1 tam 170:
1.30 ohara 171: \section{CMO のデータ構造}
1.4 tam 172:
1.50 ohara 173: OpenXM 規約では、数学的オブジェクトを表現する方法として
1.45 tam 174: CMO 形式(Common Mathematical Object format)を定義している。
1.46 tam 175: この CMO 形式を使ってメッセージを送るには、
176: タグを OX\_DATA にすればよい。
1.47 tam 177: CMO 形式におけるメッセージのボディ部分について以下で説明するが、
1.46 tam 178: %OpenXM 規約で定義されているメッセージを実際に作成する場合、
1.30 ohara 179: CMO 形式で定義されている多倍長整数を理解しておくと、
1.47 tam 180: CMO 形式の他のデータ構造だけでなく、
181: OpenXM 規約で定義されている様々なデータ構造を理解する助けになると思えるので、
182: ここでは CMO 形式の多倍長整数のデータ構造についてのみ説明する。
1.30 ohara 183:
184: CMO 形式で定義されているデータは多倍長整数以外にも
185: 文字列やリスト構造などがある。どのようなデータであるかは
1.47 tam 186: データの先頭にある(メッセージの識別子とは別にある)タグを見れば
187: 判別できるようになっている。
188: これはメッセージの種類の判別の仕方とおなじである。
1.30 ohara 189: なお、タグは各データ毎に 32 bit の整数で表されており、
190: 多倍長整数は 20 となっている。
1.47 tam 191: よく使われると思われる CMO 形式のタグをあげておく。
192: \begin{verbatim}
193: #define CMO_INT32 2 /* 32 ビット整数 */
194: #define CMO_STRING 4 /* 文字列 */
195: #define CMO_LIST 17 /* リスト構造 */
196: #define CMO_ZZ 20 /* 多倍長整数 */
197: \end{verbatim}
198:
199: ここで TCP/IP 実装における 32 bit の整数の
200: 表現方法について説明する必要がある。
201: OpenXM 規約の TCP/IP 実装ではバイトストリームで 32 bit の整数 20 を
1.30 ohara 202: {\tt 00 00 00 14} と表す方法と {\tt 14 00 00 00} と表す方法がある。
203: この表現方法の違いはクライアントとサーバの最初の接続時に
204: 双方の合意で決定することになっている。
1.47 tam 205: なお、合意がない場合には前者の表現方法
206: (以後、この表現方法をネットワークバイトオーダーと呼ぶ)を
1.30 ohara 207: 使うことになっている。
208: また、負の数を表現する必要があるときには、
209: 2 の補数表現を使うことになっている。
210:
1.50 ohara 211: CMO 形式の多倍長整数は、 Gnu MPライブラリ等を参考にしており、
1.48 tam 212: 符合付き絶対値表現を用いている。
213: タグ以降の形式は次のようになる。
214:
215: \begin{tabular}{|c|c|c|c|c|} \hline
216: $f$ & $b_0$ & $b_1$ & $\cdots$ & $b_{n-1}$ \\ \hline
217: \end{tabular}
218:
219: ここで、 1 つの枠は 4 バイトを表し、
220: $f$ は符合付き 32 ビット整数を、
221: $b_0$, $b_1$, $\cdots$, $b_{n-1}$ は符合なし 32 ビット整数を表している。
222: さらに、 $|f| = n$ が成り立たなければならない。
223: このオブジェクトは
224: \[ \mbox{sgn}(f) \times \{ b_0 (2^{32})^0 + b_1 (2^{32})^1 + \cdots
225: + b_{n-1} (2^{32})^{n-1} \} \]
226: という整数であると定義されている。
227: ただし、
228: \[ \mbox{sgn}(f) = \left\{ \begin{array}{ll}
229: 1 & f>0 \\
230: 0 & f=0 \\
231: -1 & f<0 \\ \end{array} \right. \]
232: である。
1.30 ohara 233:
234: ここで具体例をだそう。
1.48 tam 235: $4294967298 = 1 \times 2^{32} + 2$ を CMO 形式の
236: ネットワークバイトオーダー、多倍長整数で表現すると、
1.6 tam 237: \begin{center}
238: {\tt 00 00 00 14 00 00 00 02 00 00 00 02 00 00 00 01}
239: \end{center}
1.30 ohara 240: となる。また、同じ表現方法で $-1$ を表現すると、
1.6 tam 241: \begin{center}
242: {\tt 00 00 00 14 ff ff ff ff 00 00 00 01}
243: \end{center}
1.30 ohara 244: となる。
1.4 tam 245:
1.1 tam 246:
1.50 ohara 247: \section{mathcap について}
1.30 ohara 248:
1.50 ohara 249: OpenXM 規約では、通信時に用いられるメッセージの種類を各ソフトウェアが制
250: 限する方法を用意している。これは各ソフトウェアの実装によってはすべてのメッ
251: セージをサポートするのが困難な場合があるからである。また、各ソフトウェア
252: でメッセージの種類を拡張したい場合にも有効である。
253: この制限(あるいは拡張)は mathcap と呼ばれるデータ構造によって行われる。
254: この節では mathcap のデータ構造と、具体的なメッセージの制限の手続きにつ
255: いて説明する。
256:
257: まず、手続きについて説明しよう。
258:
259: \begin{quote}
260: 説明。説明。説明。説明。説明。
261: 説明。説明。説明。説明。説明。
262: 説明。説明。説明。説明。説明。
263: 説明。説明。説明。説明。説明。
264: \end{quote}
265:
266: 次に mathcap のデータ構造について説明する。
267:
268: \begin{quote}
269: 説明。説明。説明。説明。説明。
270: 説明。説明。説明。説明。説明。
271: 説明。説明。説明。説明。説明。
272: 説明。説明。説明。説明。説明。
273: \end{quote}
274:
275: 具体的な mathcap の例をあげる。
276:
277: \begin{quote}
278: 説明。説明。説明。説明。説明。
279: 説明。説明。説明。説明。説明。
280: 説明。説明。説明。説明。説明。
281: 説明。説明。説明。説明。説明。
282: \end{quote}
283:
284:
285: {\large\bf これより以降は意味不明で私にはよく分かりませんでしたので、
286: たぶん読者も分からないでしょうね、というのはいいとして、}
287: CMO 形式で定義されている mathcap データは
1.30 ohara 288: 受け取ることができるデータ形式を表すデータであり、
1.50 ohara 289: 要求されればサーバはサーバ自身の mathcap データをスタックに積む。
290: また、クライアントから mathcap データをサーバへ送ることもでき、
291: mathcap データをサーバとクライアントの間で交換することによって、
1.30 ohara 292: お互いに相手側が受け取ることができないデータ形式で
293: メッセージを送ってしまうのを防ぐことができる。
1.50 ohara 294: なお、 mathcap データの中では CMO 形式で定義されている
1.30 ohara 295: 32 bit 整数、文字列、リスト構造が使われており、
1.50 ohara 296: mathcap データに含まれている内容を理解できるためには
297: 必然的にこれらも理解できる必要がある(ってことは CMO 形式のところでこれら
298: を説明しなければならないってことですね、田村君)。
1.30 ohara 299:
1.50 ohara 300: OpenXM 対応版の asir サーバである ox\_asir が返す mathcap を以下に示す。
1.30 ohara 301:
1.48 tam 302: なお、 $a_1$, $a_2$, $\cdots$, $a_n$ を要素に
303: 持つリスト構造を {\tt [$a_1$, $a_2$, $\cdots$, $a_n$]} 、
304: 文字列 ``string'' を {\tt "string"} 、 32 bit 整数を
305: それに対応する 10 進数の整数で示す。
1.7 tam 306:
1.30 ohara 307: %↓手で作ったので間違えている可能性あり。
308: %%古いバージョン。差し替えの必要あり。
1.7 tam 309: \begin{verbatim}
310: [ [199901160,"ox_asir"],
311: [276,275,258,262,263,266,267,268,274
312: ,269,272,265,264,273,300,270,271],
1.8 tam 313: [ [514,[1,2,3,4,5,2130706433,2130706434
314: ,17,19,20,21,22,24,25,26,31,27,33,60]],
315: [2144202544,[0,1]]
1.7 tam 316: ]
317: ]
318: \end{verbatim}
319:
1.50 ohara 320: この mathcap データのリスト構造は大きく分けて 3 つの部分に分かれる。
1.31 tam 321: 最初の {\tt [199901160,"ox\_asir"]} の部分にはサーバの情報が入っている。
322: %この最初の要素がまたリスト構造となっており、
323: 最初の要素はバージョンナンバーを、次の要素はサーバの名前を表している。
324:
325: 次の {\tt [276,275,$\cdots$,271]} の部分は
1.48 tam 326: スタックマシンに対する命令のうち、利用可能な命令の種類を表している。
327: スタックマシンへの命令はすべて 32 ビットの整数で表しており、
328: このリストは利用可能な命令に対応する 32 ビットの整数のリストとなっている。
1.31 tam 329:
330: 最後の {\tt [ [514,[1,2,3,$\cdots$,60]],[2144202544,[0,1]] ]} の部分は
331: 理解可能なデータの形式を表している。
332: この部分はさらに {\tt [514,[1,2,3,$\cdots$,60]]} と
333: {\tt [2144202544,[0,1]]} にの部分に分けることができ、
334: それぞれが一つのデータ形式についての情報となっている。
335: どのデータ形式についての情報かは最初の要素にある整数値をみれば
336: 分かるようになっている。
337: この整数値は CMO 形式では 514 となっている。
338: 最初のデータ形式を区別する整数値以後の要素は
339: 各データ形式によってどのように使われるか定まっている。
1.40 tam 340: CMO 形式では理解可能なデータのタグがリストの中に収まっている。
341: 前節で CMO 形式では多倍長整数を表すタグが 20 であることを述べたが、
1.31 tam 342: このリストに 20 が含まれているので、
343: ox\_asir は CMO 形式の多倍長整数を受け取れることがわかる。
344:
345: なお、データが受け取れることと、
346: データの論理構造が理解できることとはまったく別物であるので
347: 注意する必要がある。
348:
349:
350: \section{セキュリティ対策}
351:
1.50 ohara 352: OpenXM 規約は TCP/IP を用いて通信を行うことを考慮している規約である。
353: ネットワークによって接続される現代の多くのソフトウェアと同様、
1.49 tam 354: OpenXM 規約もまた通信時のセキュリティについて注意している。
1.50 ohara 355: 以下、このことについて説明しよう。
356:
357: {\large\bf 意味不明なことを書いているが、}
358: 侵入者に攻撃の機会をできるだけ与えないようするた
359: めに、接続が必要になった時のみ接続を待つようにし、
360: 常に接続に関与するといったことは避けている(やっぱり意味不明である)。
1.49 tam 361:
362: また、侵入者が接続を行なう一瞬のすきを狙ってくる可能性もあるので、
1.50 ohara 363: 接続を行なう時に接続を待つポート番号をランダムに決めている(誰が決めてい
364: るのかはやっぱり不明であるが)。
1.31 tam 365: さらにもう一段安全性を高めるために、
366: 接続時に 1 回だけ使用可能なパスワードを作成し、
1.50 ohara 367: そのパスワードを使って認証を行なう(誰がパスワードを決めて誰が認証を行っ
368: ているのかが不明だけど)。
1.31 tam 369: このパスワードは一旦使用されれば無効にするので、
1.49 tam 370: もし仮になんらかの手段でパスワードが洩れたとしても安全だと考えている。
1.31 tam 371:
1.49 tam 372: %なお、上記のポート番号とパスワードは安全な手段で送られて
373: %いると仮定している。
374: %また、同一のコンピュータ上に悪意のあるユーザはいないと仮定している
375: %ことに注意しなければならない。
376: %なぜなら、現在の実装ではサーバ、およびクライアントの動作している
377: %コンピュータ上ではこのポート番号とパスワードがわかってしまうためである。
1.31 tam 378:
379: なお、接続が確立した後のメッセージの送受信に関しては、
1.49 tam 380: 特に暗号化などの処置を行っているわけではない。
1.31 tam 381: もし必要があれば、通信路の暗号化を行なう機能がある
1.49 tam 382: ソフトウェア ssh を使うことを考えている。
1.31 tam 383:
384: \section{他のプロジェクト}
385:
386: 他のプロジェクトについても触れておこう。
387:
388: OpenMath プロジェクトは数学的なオブジェクトを
389: コンピュータ上で表現する方法を決定している。
390: 各ソフトウェア間でオブジェクトを交換する際の
391: オブジェクトの変換手順についても述べられている。
392: 表現方法は一つだけでなく、 XML 表現や binary 表現などが
393: 用意されている。
394: 詳細は
395:
396: http://www.openmath.org/omsoc/index.html A.M.Cohen
397:
398:
399: 以下は書いてる途中。
400:
401: NetSolve
402:
403: http://www.cs.utk.edu/netsolve/
404:
405:
406: MP
407:
408: http://symbolicNet.mcs.kent.edu/SN/areas/protocols/mp.html
409:
410:
411: MCP
412:
413: http://horse.mcs.kent.edu/~pwang/
414:
415:
416: \section{現在提供されているソフトウェア}
417:
418: 現在 OpenXM 規格に対応しているクライアントには
419: asir, sm1, Mathematica がある。
420: これらのクライアントから
421: OpenXM 規格に対応したサーバを呼び出すことができる。
422: 現在 OpenXM 規約に対応しているサーバソフトウェアには、
423: asir, sm1, gnuplot, Mathematica などがあり、
424: それぞれ ox\_asir, ox\_sm1, ox\_math という名前で提供されている。
425: また、 OpenMath 規格の XML 表現で表現されたデータと CMO 形式の
426: データを変換するソフトウェアが JAVA によって実装されており、
427: OMproxy という名前で提供されている。
1.33 tam 428:
1.50 ohara 429: \begin{thebibliography}{99}
430: \bibitem{OpenXM-1999}
431: 野呂正行, 高山信毅.
432: {Open XM の設計と実装 --- Open message eXchange protocol for Mathematics},
433: 1999/11/22
434: \bibitem{Ohara-Takayama-Noro-1999}
435: 小原功任, 高山信毅, 野呂正行.
436: {Open asir 入門}, 1999, 数式処理, Vol 7, No 2, 2--17. (ISBN4-87243-086-7, SEG 出版, Tokyo).
1.49 tam 437: \end{thebibliography}
1.1 tam 438:
439: \end{document}
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