GNUハード

GNUハード

開発者	GNU プロジェクト Thomas Bushnell Roland McGrath Marcus Brinkmann Neal Walfield Samuel Thibault
書かれた	アセンブリ、C
OSファミリー	Unixライク
作業状態	現在
ソースモデル	フリーソフトウェア
初回リリース	1990年; 34年前 （1990年）
最新リリース	0.9 [1] / 2016年12月18日
リポジトリ	git.savannah.gnu.org/cgit/hurd
プラットフォーム	x86-64、IA-32、i686、ARM [2]
カーネルタイプ	マルチサーバーマイクロカーネル
ライセンス	GPL-2.0以降[3]
公式サイト	www.gnu.org/software/hurd/

GNU Hurdは、GNU Machマイクロカーネル向けにGNUの一部として書かれたマイクロカーネルサーバーのコレクションです。1990年以来、フリーソフトウェア財団のGNUプロジェクトによって開発が進められており、 Unixカーネルの代替として設計され、^[4] GNU一般公衆利用許諾書の下でフリーソフトウェアとしてリリースされています。Linuxカーネルが実行可能なソリューションであることが判明すると、GNU Hurdの開発は減速し、時には停滞と新たな活動と関心を交互に繰り返しました。^[5]

Hurdの設計は、GNU Machマイクロカーネル上で動作する一連のプロトコルとサーバープロセス（Unix用語ではデーモン）で構成されています。 ^[4] Hurdは、Unixカーネルと互換性を保ちながら、機能性、セキュリティ、安定性の面でUnixカーネルを上回ることを目指しています。GNUプロジェクトは、従来のUnixモノリシックカーネルアーキテクチャ^[7]よりも優れていると認識したため、オペレーティングシステムにマルチサーバーマイクロカーネル^[6]を選択しました。この考え方は、1980年代に一部の開発者によって提唱されていました。^[5]

1991年12月、ハードの主任設計者は、その名前を相互 再帰的な頭字語として説明しました。^[8]

ここで、「Hurd」の意味を説明しましょう。「Hurd」は「Hird of Unix-Replacing Daemons」の略です。そして、「Hird」は「Hurd of Interfaces Representing Depth」の略です。私の知る限り、これは相互に再帰的な頭字語のペアで命名された最初のソフトウェアです。

— トーマス（当時はマイケル）ブッシュネル

hurdとhirdはどちらも英語のherdと同音異義語なので、 GNU Hurdというフルネームもherdとgnusを組み合わせたもので、カーネルの仕組みを反映しています。^[9]

このロゴはHurdボックスと呼ばれ、アーキテクチャを反映しています。このロゴはグラフであり、ノードはHurdカーネルのサーバーを表し、有向エッジはIPCメッセージを表します。^[8]

リチャード・ストールマンは1983年9月にGNUプロジェクトを設立し、フリーの GNUオペレーティングシステムを作成することを目指しました。 ^{[10]当初はカーネル開発に必要なコンポーネント（}エディタ、シェル、コンパイラ、デバッガなど）が書かれていました。1989年までにGPLが誕生し、欠けている主要なコンポーネントはカーネルのみになりました。^{[11] [12]}

Hurd の開発は、1986 年に中止されたカーネルの試みの後、1990 年に開始されました。このカーネルは、 MIT のコンピュータ科学研究所(LCS)のSteve Ward教授とそのグループによって開発された研究用TRIXオペレーティングシステムに基づいています。 ^[13] Hurd の最初の設計者であるThomas Bushnellによると、彼らの初期の計画は4.4BSD -Lite カーネルを採用することでしたが、後から考えると、「これが見事に成功し、世界が今とはまったく異なる場所になっていたことは、今となっては明らかです。」^{[14] 1987 年に Richard Stallman は、}カーネギーメロン大学のRichard Rashidによって開発されたMach マイクロカーネルの使用を提案しました。この作業は、CMU が適切なライセンスで Mach コードをリリースするかどうかが不確実であったため、3 年間遅れました。^[13]

1991 年にLinux カーネルがリリースされると、 GNU のユーザーランドコンポーネントの主なユーザーはすぐに Linux カーネルに基づくオペレーティング システム ( Linux ディストリビューション) になり、 GNU/Linuxという用語が生まれました。

Hurd の開発はゆっくりと進んできました。2002 年に Stallman が GNU/Hurd をその年の後半にリリースすると楽観的に発表したにもかかわらず^[15] 、 Hurd は依然として実稼働環境に適しているとは考えられていません。開発全般は期待に応えられず、バグや機能不足が依然として多く残っています。^[16]この結果、Stallman を含む多くの人が期待していたよりも質の低い製品になってしまいました。^[17] 2010 年、開発開始から 20 年が経過した時点で、Stallman は「GNU Hurd についてはあまり楽観的ではありません。ある程度の進歩はありますが、本当に優れた製品にするには、多くの深刻な問題を解決する必要があります」と述べましたが、GNU システムにとって「完成させることは重要ではありません」と付け加えました。なぜなら、すでにフリー カーネル ( Linux ) が存在しており、Hurd を完成させても、フリー オペレーティング システムの残された主な問題であるデバイス サポートは解決されないからです。^[18]

Debianプロジェクトは、他のプロジェクトとともに Hurd プロジェクトに取り組んでおり、IBM PC 互換システム用のHurd ベースの GNU オペレーティング システムのバイナリ ディストリビューションを作成しています。

数年の停滞の後、2015年と2016年に開発が再び活発化し、この2年間で4つのリリースがありましたが、^[19]それ以降はリリースされていません。

2015年8月20日、 Google Summer of Codeの真っ最中に、 GNU GuixがGNU Hurdに移植されたことが発表されました。 ^[20]

ほとんどのUnix系カーネルとは異なり、Hurdはサーバー・クライアントアーキテクチャを採用しており、マイクロカーネル上に構築された最も基本的なカーネルサービス（ハードウェアへのアクセスの調整、CPU（プロセス管理とスケジューリング経由）、RAM（メモリ管理経由）、サウンド、グラフィックス、大容量ストレージなどのその他のさまざまな入出力デバイス（I/Oスケジューリング経由））の提供を担っています。理論上は、マイクロカーネルの設計により、すべてのデバイスドライバーをユーザー空間で動作するサーバーとして構築できるようになりますが、今日ではこの種のドライバーのほとんどはまだGNU Mach カーネル空間に含まれています。^[21]

Hurdの開発者によると、マイクロカーネルベースの設計の主な利点はシステムを拡張できることです。新しいモジュールを開発するのにカーネルの残りの部分に関する詳細な知識は必要なく、1つのモジュールのバグがシステム全体をクラッシュさせることもありません。Hurdは、ファイルシステムの機能を拡張するために使用されるモジュールのフレームワークであるトランスレータの概念を提供します。 ^[22]

Hurdは当初から、マイクロカーネルとしてGNU Machを使用するように開発されていました。これはリチャード・ストールマンによる技術的な決定であり、彼はこれによって多くの時間を節約し、作業をスピードアップできると考えていました。しかし、ストールマンはそれが間違いだったと認めています。 ^[23] Machマイクロカーネルで動作する他のUnix系システムには、 OSF/1、Lites、MkLinuxなどがあります。macOSとNeXTSTEPはMachをベースにした ハイブリッドカーネルを使用しています。

2004 年以降、Hurd をより現代的なマイクロカーネルに移植するためのさまざまな取り組みが開始されました。2004年当初の選択はL4 マイクロカーネルでしたが、進捗は鈍化し、停止しました。それでも、2005 年中に、Hurd 開発者の Neal Walfield は L4/Hurd 移植用の初期のメモリ管理フレームワークを完成させ、Marcus Brinkmann はglibcの重要な部分を移植しました。具体的には、プロセス起動コードを動作させてプログラムを実行できるようにし、C での最初のユーザー プログラム ( hello world プログラムなどの簡単なもの) を実行できるようにしました。

2005年以来、ブリンクマンとウォルフィールドは、HURDの新しいカーネルとしてCoyotosの研究を始めました。 ^{[24] [25]} 2006年、ブリンクマンは、Coyotosオペレーティングシステムの主要設計者であるジョナサン・シャピロと会い、GNU/HurdでのCoyotosカーネルの使用について支援と議論を行いました。さらに議論を進めるうちに、HURD開発者はCoyotos（および他の同様のカーネル）がHURDに適していないことに気づきました。^[26]

2007年、Hurd開発者のニール・ウォルフィールドとマーカス・ブリンクマンは、Hurdアーキテクチャの批評（「批評」として知られる）^[27]と、将来のシステムの設計方法に関する提案（「ポジションペーパー」として知られる）を発表しました。^[28] 2008年、ニール・ウォルフィールドは、HURDの最新のネイティブカーネルとしてViengoosマイクロカーネルの開発を開始しました。2009年現在^{[アップデート]}、ウォルフィールドの作業時間が不足しているため、Viengoosの開発は一時停止されています。^[29]

その間、他の人たちはハードのマッハ版の開発を続けました。^[30]

多くの従来の Unix 概念は Hurd で置き換えられたり拡張されたりしています。

Unix では、実行中のすべてのプログラムには、通常、プロセスを開始したユーザーに対応するユーザー IDが関連付けられています。この ID によって、プログラムに許可されるアクションがほぼ決まります。実行中のプログラムのユーザー ID を外部プロセスが変更することはできません。一方、Hurd プロセスは、複数の ID を含めることも、1 つの ID を含めることも、ID をまったく含めないこともできるユーザー IDセットの下で実行されます。十分な権限を持つプロセスは、別のプロセスに ID を追加したり削除したりできます。たとえば、正しいログイン パスワードと引き換えに ID を配布するパスワード サーバーがあります。

ファイルシステムに関しては、適切なプログラムを単一のファイルまたはディレクトリ階層全体のトランスレータとして指定できます。 変換されたファイル、または後者の場合は階層の下のファイルへのすべてのアクセスは、実際にはプログラムによって処理されます。 たとえば、ファイル トランスレータは、Unixシンボリック リンクのように、読み取りおよび書き込み操作を別のファイルにリダイレクトするだけです。 Unixマウントの効果は、ファイルシステム トランスレータを設定することによって実現されます (「settrans」コマンドを使用)。 トランスレータは、ユーザーにサービスを提供するためにも使用できます。 たとえば、ftpfs トランスレータを使用すると、ユーザーはリモート FTP サイトをディレクトリ内にカプセル化できます。 次に、ls、cp、rmなどの標準ツールを使用して、リモート システム上のファイルを操作できます。 さらに強力なトランスレータには、 UnionFSなどのものがあります。これにより、ユーザーは複数のディレクトリを 1 つに統合できます。したがって、統合されたディレクトリを一覧表示すると、すべてのディレクトリの内容が表示されます。

Hurd には、 GRUBなどのマルチブート対応のブートローダーが必要です。

Debianのドキュメントによると、24台のサーバー（コアサーバー18台とファイルシステムサーバー6台）があり、名前は以下のとおりです。^[31]

• auth (認証サーバー): プログラムからのリクエストとパスワードを受信し、ID を付与してプログラムの権限を変更します。
• crash (クラッシュサーバー): すべての致命的なエラーを処理します。
• eieio (翻訳サーバー): TODO
• exec (実行サーバー): 実行可能イメージ (現在はELFとa.outがサポートされています) をメモリ内の実行可能なイメージに変換します。
• fifo ( FIFOトランスレータ ): 名前付きパイプを実装します。
• new-fifo (新しい FIFO サーバー): 名前付きパイプの代替サーバー。
• firmlink （firmlinkトランスレータ）：firmlinksを実装します ‒ 「シンボリックリンクとハードリンクの中間」。^[32]
• fwd (転送サーバー): fifo および symlink サーバーによって使用される他のサーバーに要求を転送します。
• hostmux (ホスト マルチプレクサ サーバー)
• ifsock (ソケット インターフェイス用サーバー): UNIX ドメイン ソケット アドレスの処理に役立ちます。
• init ( initサーバー): 基本的なシステムの起動と構成。
• magic (マジックサーバー): 結果にプロセスの状態が含まれる場合、名前の検索をプロセスによって内部的に解決する必要があることを通知します。
• null (null サーバー): /dev/nullおよび /dev/zero を実装します。
• pfinet (pfinet サーバー): PF_INET プロトコル ファミリを実装します。
• pflocal (pflocal サーバー): UNIX ドメイン ソケットを実装します。
• proc (プロセス サーバー): PIDを割り当て、プロセス レベルのアクションを管理します。
• symlink (シンボリック リンクトランスレータ): シンボリック リンクをサポートしていないファイルシステムにシンボリック リンクを実装します。
• term (ターミナル サーバー): POSIXターミナル。
• usermux (ユーザー マルチプレクサ サーバー): ユーザー固有のトランスレータを呼び出します。

ext2fs

ext2ファイルシステム トランスレータ。マイクロカーネルからディスク ブロックを受け取り、ファイルとディレクトリをアプリケーションに渡します。

isofs

ISO 9660ファイルシステムのトランスレータ。CD または DVD のブロックをアプリケーションのファイルとディレクトリに変換します。

ナフサ

ネットワーク ファイル システムを参照してください。

ftpfs

ファイル転送プロトコルファイルシステム トランスレータ。

ストアリオ

ストレージトランスレータ。

サーバーは集合的にPOSIX APIを実装し、各サーバーはインターフェースの一部を実装します。たとえば、さまざまなファイルシステム サーバーはそれぞれファイルシステム呼び出しを実装します。ストレージ サーバーは、Linux のブロック レイヤーに似たラッピング レイヤーとして機能します。Linux の VFS に相当するものは、libdiskfsおよびlibpagerライブラリによって実現されます。

Hurd ベースのGNU ディストリビューションには次のものがあります。

• アーチ・ハード
• Bee GNU/Hurd（廃止）^[33]
• Debian GNU/ハード
• Gentoo GNU Hurd (廃止)
• GNU/Hurd Live CD ^[34] (廃止) ^{[検証失敗]}
• Guix システム(開発中)

• オペレーティングシステムカーネルの比較
• GNUディストリビューション
• カーネルベースの仮想マシン(KVM)
• Linux-libre – Linuxカーネルの無料版
• マルチブート仕様

Wikimedia Commons には、GNU Hurdに関連するメディアがあります。

• 公式サイト