多数の言語、ライブラリー、ミドルウェア等に依存し、コード保守やサーバ保守で日々泣かされるソフトウェア業界の現状を打開すべく、広い互換性と長い寿命を持った「保存食」のようなプログラムを作る方法と教育の提案

1. (2) POSIX中心主義と
情報科学教育
USP研究所・金沢大学 共同研究活動報告資料
IoT時代に資するユニケージ開発手法の
普及啓発に関する研究
松浦智之† 大野浩之‡ 當仲寛哲†
† ユニバーサル・シェル・プログラミング研究所
‡ 金沢大学 総合メディア基盤センター
発表日:2016/03/11 スライド最終修正日: 2016/03/12

2. 本資料について
 本資料は、USP研究所と金沢大学の産学連携で実施し
ている共同研究活動における成果物の一つです。
 本活動の報告を、2016年3月10日～12日に開催され
た情報処理学会第78回全国大会における一般セッ
ション（３E-05の同題名）で発表し、本資料はその時の
スライドと概ね同じ内容です。
 一部内容が異なりますが、違いは次のとおりです。
 発表時の持ち時間に収めるために削った内容の復活
 発表後に寄せらせた質疑・応答の記録の追加

3. ソフトウェアの問題点

4. ソフトウェアの問題点
寿命が短い。
 (参考)国税庁の耐用年数表
 電子計算機は4-5年
 ソフトウェアは3-5年
→物理的消耗なき物品の中では短い。

5. ソフトウェアの問題点
近年、特に短い。
 数年、下手すれば半年程度
で使えなくなる。

6. ソフトウェアの問題点
 理由１
 高度複雑化に伴う「依存」の加速
 「ソフウェア開発＝ライブラリ、フレー
ムワーク、ミドルウェアの適用」
という作業と化しつつある。

7. ソフトウェアの問題点
 理由2
 依存ソフトウェアにおける
 後方互換なき機能変更
 脆弱性発覚による強制ver. up
 サポート終了
の頻発

8. ソフトウェアの問題点
 「サーバ管理者」「システム管理
者」という専門職が生まれ、依存
ソフトのバージョンアップ勧告
に日々泣かされるようになった。

9. ソフトウェアの問題点
 理由３
 ソフトウェア開発者側の意識
「ソフトウェアとは短寿命なもの」
→長寿命なプログラムを作る配慮
が忘れ去られがち。

10. ソフトウェアの問題点
 近年のプログラミング実践教育
は、OJTに頼り
表面的で短命な技術
ばかり教えられている。

11. ソフトウェアの問題点
 今覚えた技術は10年持つのか？
 10年後に、
10年分の成長ができる技術者は
どれだれいるのか？

12. POSIX中心主義

13. POSIX中心主義 ― 概要
 UNIX系OSにおける最低限の
インターフェースを定めた規格
「POSIX」に極力準拠させる
プログラミング方針
（用語は我々が独自に定義）

14. POSIX中心主義 ― 概要
 POSIXに準拠させることで、
ソフトウェアは高い互換性と
持続可能性（=長い寿命）を
獲得可能。
……ソフトウェアにおける保存食を目指す

15. POSIX中心主義 ― 概要
 POSIXの高い互換性の要因
 現在、多くのUNIX系OSが準拠している。
 明示的準拠……商用UNIX、 Mac OS Xなど
 暗示的準拠……FreeBSD、 LinuxなどのPC UNIX
 OSベンダーにとって、準拠はメリット
 OS間でソフトウェア資産が共有できる。
 ユーザにUNIX系OSであると認知され、選択される理由になる。

16. POSIX中心主義 ― 概要
 POSIXの長い持続可能性の要因
 国際規格であり、一つのベンダーの恣意的な思惑が反映され
にくい。
 低水準寄りの規格であり、頻繁な改定は多くのベンダーに副
作用を及ぼすため、できない。
 最低限の規定しかされず、ベンダーにとって自由度が高い。

17. POSIX中心主義 ― 概要
「幅広い環境と時代に
対応できる互換性」
 どのUNIX系OSでもそのまま動く。
 バージョンアップしてもそのまま動く。

18. POSIX中心主義 ― 概要
 POSIX中心主義を身に付ける際、
より低水準の領域を学ぶ。
ハードウェア ハードウェア ハードウェア
カーネル
シェル
言語 言語
アプリ アプリ アプリ
アプリ アプリ
POSIX中心主義と高級言語の学習範囲のイメージ
高級言語の学習領域
POSIXの学習領域

19. POSIX中心主義 ― 概要
 POSIX中心主義での学習内容は、
通用する年月も長い。
POSIX中心主義と高級言語の学習効果のイメージ
現在 1年後 5年後 10年後…

20. POSIX中心主義 ― 概要
「現場と時代を問わず
頼れる技術者」
（寿命が長いのはプログラムのみにあらず）

21. POSIX中心主義 ― 方針
 ３つの具体的な方針
①
POSIX準拠
プログラミング
②交換可能性担保
プログラミング
③W3C勧告準拠
プログラミング
単独ホスト または Webサーバ Webクライアント

22. POSIX中心主義 ― 方針 ①POSIX準拠
 POSIXの範囲で実装する。
POSIX公式情報サイト http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/

23. POSIX中心主義 ― 方針 ①POSIX準拠
 POSIXには、160個のコマンドがある。
（2013年改訂）
 AWK, sed, grep, ……
 AWKやsed等、チューリング完全なコマンドを
含む。
→ POSIXの範囲で、どんな計算も書ける。

24. POSIX中心主義 ― 方針 ①POSIX準拠
 言語は、基本的にシェルスクリプト
 POSIXで規定されているものがそれであるため。
 C言語もあるが、バイトオーダ等のハードウェア依存を
意識せざるを得ず、実用性は劣る。
（シェルスクリプトでは、コマンドが吸収してくれる）

25. POSIX中心主義 ― 方針 ①POSIX準拠
 シェルスクリプトはOS依存が激しい？
 それはPOSIXを意識せずに書いてしまうから。
 OS依存性を避けるため、言語（ライブラリ含む）や
ミドルウェア等を選んでも、OS依存に喘ぎながら
インストール、メンテナンスしては本末転倒。
 依存ソフトが激しく非互換ver. upするせいで、
バージョン依存を起こしてはさらに本末転倒。

26. POSIX中心主義 ― 方針 ①POSIX準拠
 例（1）―日付計算コマンド（utconv）
 https://github.com/ShellShoccar-jpn/misc-tools/blob/master/utconv
 日常時間←→UNIX時間 相互変換
 ほぼAWKで実装
 dateコマンドは、OS依存が激しいため再発明
$ echo 2016031112000000 | utconv
6299836182000
$ echo 6299836182000 | utconv –r
2016031112000000
$

27. POSIX中心主義 ― 方針 ①POSIX準拠
 例（2）―XMLパーサ（parsrx.sh）
 https://github.com/ShellShoccar-jpn/Parsrs/blob/master/parsrx.sh
 XML→行列指向フォーマット（XPath - value）への変換
 sed, AWK, tr等、２６個のコマンドをパイプで連結し生成。
 JSON, CSVパーサも同様に実装済。
<文具購入リスト 会員名="文具 太郎">
<購入品>はさみ</購入品>
<購入品>ノート(A4,無地)</購入品>
<購入品>シャープペンシル</購入品>
<購入品><取寄商品>替え芯</取寄商品></購入品>
<購入品>クリアファイル</購入品>
<購入品><取寄商品>６穴パンチ</取寄商品></購入品>
</文具購入リスト>
/文具購入リスト/@会員名 文具 太郎
/文具購入リスト/購入品 はさみ
/文具購入リスト/購入品 ノート(A4,無地)
/文具購入リスト/購入品 シャープペンシル
/文具購入リスト/購入品/取寄商品 替え芯
/文具購入リスト/購入品
/文具購入リスト/購入品 クリアファイル
/文具購入リスト/購入品/取寄商品 ６穴パンチ
/文具購入リスト/購入品
/文具購入リスト ¥n ¥n ¥n ¥n ¥n ¥n ¥n

28. POSIX中心主義 ― 方針 ①POSIX準拠
 例（3）―RDBMS的操作
 データは半角空白区切りのテキストファイル持ち
 AWK, grep, sort, join等の組み合わせでselect文相当が実現
→ ＳＱＬ文（ＲＤＢＭＳ）不要！
SELECT
MEM."会員ID",
MEM."会員名"
FROM
blacklist AS MEM
RIGHT OUTER JOIN
members AS BL
ON BL."会員名" = MEM."会員名"
WHERE
BL."会員名" IS NOT NULL
ORDER BY
MEM."会員ID" ASC;
cat blacklist.txt |
# 第1列:BL会員ID #
sort -k 1,1 | ←会員IDで並替え
uniq > sorted_bl.txt
cat members.txt |
# 第1列:会員ID 第2列:名前 #
sort –k 1,1 |←会員IDで並替え
join -1 1 -2 2 -v 2 sorted_bl.txt - ←BLの会員IDで
joinできない行
のみを抽出
ブラックリストに掲載された会員「以外」を表示するデータ操作
SQL版 POSIX版

29. POSIX中心主義 ― 方針 ①POSIX準拠
 例（4）―URLエンコーディング（urlencode/urldecode）
 https://github.com/ShellShoccar-jpn/misc-tools/blob/master/urldecode
 RFC文書が示す規格を学習し、コーディング（RFC3986 sec.2.1）
 コマンド内の大半はAWKで実装
 Web系変換コマンドの大半は、同様に実装可能。
$ echo 情報A 授業 | urlencode
%E6%83%85%E5%A0%B1A+%E6%8E%88%E6%A5%AD
$ echo %E6%83%85%E5%A0%B1A+%E6%8E%88%E6%A5%AD | urldecode
情報A 授業
$

30. POSIX中心主義 ― 方針 ①POSIX準拠
 その他―POSIXのコマンドで不十分なもの
 非Web系
 乱数、 mktemp相当、 全角・半角文字相互変換、 排他制御……
 Web系
 Cookie、 セッション管理、 MIMEマルチパート作成・解読、
Base64、 CGI変数授受……
Webアプリ開発に必要なものまで、概ね作れる。

31. POSIX中心主義 ― 方針 ②交換可能性担保
 POSIXの範囲で実現できないもの
 バイナリ処理（非現実的処理速度なため）
 ネットワーク処理（コマンドが無く、原理的に不可）
 一定条件の元、POSIX外コマンドを認める。

32. POSIX中心主義 ― 方針 ②交換可能性担保
 一定条件とは、「交換可能性」の担保
 交換可能性とは？
 「現在利用中の実装が、使えなくなっても、同等機
能を有する別の実装に交換できる性質」と定義
 （例）
 Apache ←→ nginx ←→ lighttpd 等
 sendmail ←→ Postfix ←→ qmail ←→ exim 等
 cURL ←→ Wget
 OpenSSL ←→ LibreSSL
 そもそもPOSIX準拠OS同士には交換可能性がある。

33. POSIX中心主義 ― 方針 ②交換可能性担保
 交換可能性担保における注意点
 その実装固有の機能に依存してはならない。
 （例）
 「Apache ←→ nginx ←→ lighttpd」における、
Apacheのプロクシ機能
 「cURL ←→ Wget」における、
cURLのファイルアップロード機能
依存した瞬間から、他実装へ交換できなくなる。

34. POSIX中心主義 ― 方針 ②交換可能性担保
 担保したコードの実例（Twitterクライアント）
https://github.com/ShellShoccar-jpn/kotoriotoko/blob/master/BIN/twmediup.sh
:
:
# --- 2.HTTPアクセスコマンド（wgetまたはcurl）
if type curl >/dev/null 2>&1; then
CMD_CURL='curl'
elif type wget >/dev/null 2>&1; then
CMD_WGET='wget'
else
error_exit 1 'No HTTP-GET/POST command found.'
fi
:
:
curlまたはwgetコマンド
両方の存在を確認。
どちらかがあれば、続行
するようにしている。
Web APIアクセスコマンド 存在確認ルーチン

35. POSIX中心主義 ― 方針 ②交換可能性担保
 担保したコードの実例（続き：Twitterクライアント）
:
s=$(mime-make -m)
ct_hdr="Content-Type: multipart/form-data; boundary=¥"$s¥""
eval mime-make -b "$s" $mimemake_args |
if [ -n "${CMD_WGET:-}" ]; then
case "$timeout" in
'') : ;;
*) timeout="--connect-timeout=$timeout";;
esac
cat > "$Tmp/mimedata"
"$CMD_WGET" ${no_cert_wget:-} -q -O -
--header="$oa_hdr"
--header="$ct_hdr"
--post-file="$Tmp/mimedata"
$timeout
"$API_endpt"
elif [ -n "${CMD_CURL:-}" ]; then
case "$timeout" in
'') : ;;
*) timeout="--connect-timeout $timeout";;
esac
"$CMD_CURL" ${no_cert_curl:-} -s
$timeout
-H "$oa_hdr"
-H "$ct_hdr"
--data-binary @-
"$API_endpt"
fi
:
wgetコマンドには、ファイル
アップロード機能がないため、
curl側でも使わない。
→独自に実装
（mime-makeコマンド）
wgetコマンド用、curlコマン
ド用に分岐させ、2つの書式を
用意する。
ファイルアップロードルーチン

36. POSIX中心主義 ― 方針 ②交換可能性担保
 例 ― Twitterクライアント「kotoriotoko」
 ホストにプログラムをコピーするだけで動作（＝インストールが簡単）
 https://github.com/ShellShoccar-jpn/kotoriotoko

37. POSIX中心主義 ― 方針 ②交換可能性担保
 その他―POSIXではできなかったこと
 日本語メール送信……sendjpmail
（sendmailコマンドラッパー）
 添付ファイルにも対応
 https://github.com/ShellShoccar-jpn/misc-tools/blob/master/sendjpmail
 PDF作成 なども…

38. POSIX中心主義 ― 方針 ③W3C勧告準拠
 Webアプリではクライアント側も開発が必須
 クライアント側はPOSIXとは無縁の世界
 HTML/CSS/JavaScript
 そこで、W3C勧告に準拠させる。
 W3C勧告は、いわば「POSIXのWebブラウザ版」

39. POSIX中心主義 ― 方針 ③W3C勧告準拠
 W3C勧告のHTML/CSS/JavaScript仕様のみ使用
 https://www.w3.org/TR/
 個々のWebブラウザ独自の仕様には依存しない。
 独自ライブラリも使用しない。
 jQuery、その他
 W3C勧告の範囲でフルスクラッチする。

40. POSIX中心主義 ― 方針 ③W3C勧告準拠
 Ajax処理も、40行足らずでフルスクラッチできる。
 （例）https://github.com/ShellShoccar-jpn/Ajax_demo/blob/master/CLOCK.JS
// 1.Ajaxオブジェクト生成関数
function createXMLHttpRequest(){
if(window.XMLHttpRequest){return new XMLHttpRequest()}
if(window.ActiveXObject){
try{return new ActiveXObject("Msxml2.XMLHTTP.6.0")}catch(e){}
try{return new ActiveXObject("Msxml2.XMLHTTP.3.0")}catch(e){}
try{return new ActiveXObject("Microsoft.XMLHTTP")}catch(e){}
}
return false;
}
// 2.Ajax通信関数
function update_clock() {
var url,xhr,to;
url = get_homedir()+'CLOCK.CGI';
xhr = createXMLHttpRequest();
if (! xhr) {return;}
to = window.setTimeout(function(){xhr.abort()}, 30000);
xhr.onreadystatechange = function(){update_clock_callback(xhr,to)};
xhr.open('GET' , url+'?dummy='+(new Date)/1, true);
xhr.send(null);
}
:
:
// 3.コールバック関数
function update_clock_callback(xhr,to) {
var str, elm;
if (xhr.readyState === 0) {alert('タイムアウトです。');}
if (xhr.readyState !== 4) {return; }
window.clearTimeout(to);
if (xhr.status === 200) {
str = xhr.responseText;
elm = document.getElementById('clock');
elm.innerHTML = str;
} else {
alert('サーバーが不正な応答を返しました。');
}
}

41. POSIX中心主義 ― 方針 ③W3C勧告準拠
 例―Ajax Clock（ボタンを押すたび時刻文字列だけ更新）
 http://lab-sakura.richlab.org/AJAX/CLOCK.HTML

42. POSIX中心主義 ― 作成例
 (1) 郵便番号から住所を検索
 http://lab-sakura.richlab.org/ZIP2ADDR/public_html/
 全国14万レコードからの検索に何秒かかるか？

43. POSIX中心主義 ― 作成例
 (2) ショッピングカート
 https://richlab.org/coterie/pfb.html
 商品・在庫データをテキストファイルで管理
 PayPal決済（Web API）にも対応し、実証実験中

44. POSIX中心主義 ― 作成例
 (3) 鉄道運行状況表示プログラム
 http://metropiper.com
 東京メトロのWeb APIから車両の現在位置を取得
 何駅前まで列車が来ているかわかる

45. 考察と課題

46. 考察 ― POSIX中心主義の妥当性
 互換性のためのI/F標準化の試
みは、POSIX以外にもいくつか
あった。
 SSI, MOSI, X/OPEN, OSF など
 参考文献
 「UNIXの標準化とPOSIX」,斎藤 信男,コンピュータソフトウェア 6(1),
84-92, 1989-01-13
 「OSインターフェース標準化の動向」,越田 一郎,情報処理学会研究報告シ
ステムソフトウェアとオペレーティング・システム 37, 1-6, 1987-06-12

47. 考察 ― POSIX中心主義の妥当性
 30年近く経った現在、
標準化で最も成功しているのは
POSIXと言える。
 CiNiiで検索可能な論文における
言及数の比較でも明らか。

48. 考察 ― POSIX中心主義の妥当性
 POSIX規格は、高い互換性、
長い持続可能性（寿命）を持つ
ソフトウェア開発のため、
現時点で最も妥当な選択肢の1つ。

49. 考察 ― POSIX中心主義の評価 ①開発
 鉄道運行状況表示プログラムは、
東京メトロのコンテスト応募作品
 https://developer.tokyometroapp.jp/
 オープンデータ活用コンテスト
 2014年開催

50. 考察 ― POSIX中心主義の評価 ①開発
 コンテストは東京五輪を意識し
ていた、と言われている。
 2020年（＝コンテストから6年後）
 外国人観光客利便性向上のため
スマートフォンアプリまで広く募集。

51. 考察 ― POSIX中心主義の評価 ①開発
 受賞作品の上位、かつ大半は、
スマートフォンアプリが占めた。
 http://car.watch.impress.co.jp/docs/news/20150220_689397.html

52. 考察 ― POSIX中心主義の評価 ①開発
 「そのAndroidアプリ、
iPhoneアプリ、
２０２０年にも動くんですか？」
 そもそもAndroidやiOS上で、
６年後も動作を保証できるアプリは作れるのか？

53. 考察 ― POSIX中心主義の評価 ①開発
 実際、既に動かない作品が出
てきている。
 https://developer.tokyometroapp.jp/app
 ただし、コンテスト終了に伴い、意図的に公開終了
した可能性のある作品も含まれ、すべてではない。

54. 考察 ― POSIX中心主義の評価 ①開発
 POSIX中心主義の本作品は、
今も順調に動作中。
 http://metropiper.com/
 これまで内容の改修は一切なし。
スマートフォン用レイアウトで動作している様子⇒
（POSIX+W3C勧告のCSSとJavaScriptで実装）

55. 考察 ― POSIX中心主義の評価 ①開発
 保守作業コストの削減が可能
 依存ソフトに起因する
運用事故防止の効果も期待

56. 考察 ― POSIX中心主義の評価 ②教育
 コンピュータの本質に近い低
水準領域学習の必要性から、知
識の持続可能性（寿命）も長い。
 一般的なUNIX環境やUNIXコマンドの学習、
RFC文書の学習 など

57. 考察 ― POSIX中心主義の評価 ②教育
 知識の再利用性が高い。
 問題解決力の高い技術者の
育成が期待できる。

58. 課題 ― 現状の課題と今後の展開
 POSIX中心主義は、提唱して日
が浅い。
 互換性・持続可能性に対する検証
を継続する必要性
 開発方針を、
より具体化させる必要性
 啓蒙・促進・普及活動の必要性

59. 課題 ― 現状の課題と今後の展開
 2016年度前期、
UCI（大学コンソーシアム石川）にて
「シェルスクリプト言語論」
として、授業開講予定
 POSIX中心主義の普及を図る

60. POSIX中心主義 まとめ
 互換性と持続可能性、
どちらも高いソフトウェアの開発が可能
 互換性と持続可能性の高い低水準領域の
知識を持った技術者も育てられる

61. 謝辞
 POSIX中心主義を発案するきっかけとなったユ
ニケージ開発手法を推進するUSP研究所の皆様，
そして本手法を支持し，本論文投稿にあたり御指
導くださった金沢大学の共同研究者の皆様に，心
より感謝を申し上げます。
 POSIXという高い互換性・持続可能性をもたらす
規格を策定したThe Open Groupをはじめ、貢献
している方々に感謝します。

62. ありがとうございました
ご意見・ご質問があれば、お願いします。

63. 質疑応答の記録
Q. 開講予定の授業で想定する受講者のレベルは？
 ある程度UNIXを知っていることを前提をしてい
るため、大学院生やUNIX系の専門課程の学部3,4
年生を対象としたい。
 大学コンソーシアム（学外）なので社会人も歓迎。現
場で短命なソフトウェアに日々泣かされている開
発者やシステム管理者とも意見交換をしたい。

64. 質疑応答の記録
Q. 現在のソフトウェア教育は替わりゆく技術に追従すること
を重点に教える傾向があるが、正反対に見える。意見を。
 重要視する箇所が正反対という認識は正しい。
 低水準領域は応用性も普遍性も高い知識になる。
 高水準の教育も大切ではあるが、コンピューターの
本質に近い低水準領域を学習してこそ、替わりゆ
く高水準領域の技術も体系的に理解できる。

65. 質疑応答の記録
Q. 開講する授業デザインをどのように考えているか。あれ
ば公開してくれるとありがたい。
 発表者（松浦）自身は、開発現場（産学連携の産）の
立場から参加しているため教育の詳しい知識を持
ち合わせていない。
 学の立場である、金沢大の先生方の協力のもと考
えていきたい。
 ただ、フルスクラッチ開発時、RFC文書の読み解き
作業は低水準領域の学習に大変効果的だと実感し
たこともあり、現場から得たそういうノウハウは
盛り込んでいきたい。

66. 独自の質疑応答想定
Q. 例示した地下鉄アプリは今まで改修無しだが、東京メトロ
がAPI仕様や路線仕様を修正したら改修が必要なので、持
続可能性確保の試みは無駄では？
 東京メトロ自身が、自社の公式アプリを作るとい
う想定で考えてもらいたい。
 自社都合による仕様変更のタイミングは自社でコ
ントロールできる。
 しかし、東京メトロのような大きな企業とて、依存
ソフト開発団体（PHP GroupやMySQLのOracleな
ど）に「バージョンアップを待って」とは言えない。
 依存ソフトのバージョンはアンコントローラブル

67. 独自の質疑応答想定
Q. 例示されたXMLパーサなど、公開しているということは利
用（＝依存）を促すことであり、矛盾ではないか？
 利用する場合、中身を理解しながら使うことが大
事（ブラックボックスなままの使用が不幸を招く）
 依存ソフトに不具合があったとしても自分の力で
対処できるよう、次の2つの心掛けが大事
1. どういう原理で動いているか、また動作の癖を理解
し、自分の手足のような感覚を得る。
2. 使いだしたら自分の製作物のごとく責任を持つ。
 上記理由により、私が公開しているソフトは基
本的に権利放棄（public domain）している。