2016/12/01

この記事はPowerShell Advent Calendar 2016の1日目です。

PowerShellアドベントカレンダー、今年も始まりました。みなさまのご協力の甲斐あって、過去5年間はすべて完走していますが、今回もできれば完走を目指していく感じでまいりましょう。色々な立場の方からの視点でPowerShellを俯瞰できるこのイベント、私自身も毎年楽しんでおります。

さて、去年も2015年のPowerShellをまとめる的な記事から始めたわけですが、今年も去年に負けず劣らず、大変革の年だったと思いますので、今回も1年を振り返るところからスタートしましょう。

Bash on Ubuntu on Windows の登場

去年のPowerShell5.0登場、周辺モジュールのOSS化といった大きな動きがあってから、今年の前半は少しおとなしめ?の界隈でした(5.0のインストーラーにバグがあって一時非公開とか小騒動はありました)が、まず驚いたのがPowerShellそのものではなくて、Windowsで動くbashが登場したというトピックですね。発表があったのは今年の3月末の事です。

bashとは言わずと知れた、Linuxの標準シェルですが、これをWindows 10の"Windows Subsystem for Linux"という仕組みの上で動作するUbuntu上で動作するbashとして動作させてしまおうというものです。なので正式には"Bash on Ubuntu on Windows"という名称になります。

このbash、Windowsのシステムを管理するためのものではなく、Web等の開発用途を想定して提供されたものです。なので本来的にはPowerShellとは関係ないのですが、当初は色々と誤解が飛び交ったように思います。曰く、MSはPowerShellを捨ててやっとbashを採用した。PowerShellとは何だったのか。等々…。

これらの誤解や疑問には、PowerShellの公式ブログで、bashという新たなシェルがWindowsに追加されたが、両者は並立するものだ、PowerShellはこれからも進化するよ!といった異例の公式見解が示されたりもしました。

Bash on Ubuntu on Windowsは、後述するPowerShell 5.1とともに、8月リリースのWindows 10 Anniversary Updateで正式に利用可能となりました。

PowerShell 5.1 の登場

今年7月には、PowerShell 5.1 / WMF (Windows Management Framework 5.1)のプレビュー版が登場しました。[リリースノート]

そもそもPowerShell 5.0はWindows Server 2016のためのシェルとして開発が進められていたはずですが、先にWindows 10に同梱されたものの、2016正式版までやや時間を要すこととなりました。その間にPowerShell 5.0にはいくつかの機能や改良が加えられ、結局、5.1というバージョンが登場するに至ったものと思われます。

PowerShell 5.1は、前述の下位OS用のプレビュー版の他、今年8月初めのWindows 10 Anniversary Updateという大型アップデート適用で使えるようになりました。そしてその後、今年10月に正式版が登場したWindows Server 2016にも(もちろん)同梱されました。

5.1ではローカルユーザーやグループを扱うコマンドレット等が(ようやく?)追加されたりもしています。が、一番大きな変更点は、Windows Server 2016に追加された新機能である、Nano Server用のPowerShellが、従来のPowerShellと分離した点でしょう。

従来の、.NET Frameworkで動くフル機能のPowerShellは、5.1からは"Desktop Edition"と呼ばれます。対して、コンテナに最適化させるため、フットプリントを最小にしたNano Server(や、Windows IoT等)で動作するコンパクトなサブセット、"Core Edition"が新たに登場しました。

Core Editionは、.NET Frameworkのコア部分を実装した、.NET Core上で動作します。ちなみに.NET CoreはOSS(オープンソースソフトウェア)となっています。

Core Editionはサブセット版というだけあって、今となっては若干レガシーにもなった一部のコマンドレットが使えないことを初め、いくつかの制限事項もありますが、概ね、Nano Serverの管理に必要十分な機能を保っているのではないかと個人的には思っています。

PowerShell オープンソース化

今年、PowerShell界をもっとも震撼させたニュース、それは間違いなく、今年8月に実施された、PowerShellのオープンソース化でしょう[GitHub]。周辺モジュールのOSS化など、これまでの流れからいくと、確かに本体OSS化の機運は高まっているように個人的にも感じていましたが、OSS化するとしてもCore Edition部分止まりだろうなーと思っていたら、まさかのDesktop Editionを含んだ全体だったので驚きました。

そしてOSS化の副産物(と個人的には感じる)である、PowerShell on Linux、PowerShell on Macが登場しました。これも一部の方、特にWindowsやMicrosoft製品を普段あまり使われない方に、割と大きなインパクトを与えていたように思います。

PowerShellがオープンソースになったこと、"PowerShell for every system!"になったことの意義についてはちょっと語りつくすには時間が足り無さそうですが、敢えて現実ベースの話を先にすると、一般ユーザー(PowerShellをシステム管理に用いている管理者)にとって、すぐに世界が変化するかというとそうではないんじゃないかという気がしています。

というのも、現在のところOSS版のPowerShellのバージョンは「6.0」とされているものの、まだα版の段階で、基本機能はほぼほぼ5.1と変わらないです。OSS版が改良されても、別に今Windowsで使っているPowerShellがすぐに強くなるわけではありません(現在のところ、サイドバイサイドでインストールする)。オープンソース、マルチプラットフォーム展開を始めたといっても、それは現在の所、PowerShell本体とコアモジュールに留まっていて、コマンド数もたかだか数百個程度でしょう(もうちょっとあるかな?)。PowerShellでOS、サーバー、アプリ、インフラを管理するには、専用のコマンドが山ほど必要になってきますが、それらは今まで通り、Windowsの製品にしか含まれないものです。そのような状況で、たとえばLinuxを管理するのには自分でコマンドを作るか、普通にLinuxのコマンドを呼ぶか…あれそれって別に普通のシェルスクリプトでいいんじゃ…とか。

今後は、OSS側での成果が、Windows / Windows Server上のPowerShellに反映され、両者は一本化される、はず、です、たぶん、が、それはまだアナウンスもなく、いつ、どのような形でもたらされるかは不明と云わざるを得ません。

もちろん、この状況はあくまで現時点の状況です。ゆくゆくはPowerShellで、WindowsもLinuxもMacも一貫したコマンド&スクリプトで管理できる日が来るかもしれませんね。現在のところは、PowerShellの謎挙動に遭遇したとき、ソースを合法的に眺めて思いを馳せることができるようになったのが大きいかと個人的には思います。もちろん腕に覚えのある方は、(ルールに従って)どしどしプルリクエストを投げて、PowerShellを自ら育てていただければな、と思います。

PowerShell 10周年

とまぁ、激動の1年が終わりかけた先日の11/14には、PowerShell 1.0が登場してちょうど10年ということで、PowerShell10周年イベントがあったりしました。思えば遠くへ来たものですね。

さてさて、PowerShellを取り巻く状況は刻一刻と変化し、去年と今年ではその傾向が顕著です。おそらく節目の年である今年の最後を飾ることになる、PowerShell Advent Calendar 2016を、どうぞよろしくお願い致します。

2014/12/11

MMLとは

この記事はPowerShell Advent Calendar 2014の11日目の記事です。

突然ですが、MMLってご存知ですか? MMLとはMusic Macro Languageの略で、その名の通り音楽演奏データを記述するための言語です。BASICのPLAY文で使うあれです。MIDIファイルに変換するコンパイラもありましたよね。

たとえば、「ねこふんじゃった」の最初の部分をMMLで書くとこんな感じです。MMLはいろんな記法があるのですが、よくあるのはこういうのです。

e-d-<g-4>g-rg-4e-d-<g-4>g-rg-4e-d-<g-4>g-4<e-4>g-4<d-4>frf4
e-d-<d-4>frf4e-d-<d-4>frf4e-d-<d-4>f4<e-4>f4<g-4>g-rg-4

ドの音をc、レの音をd、のように以下シの音をbまでアルファベット音階で割り当てます。半音上げる(シャープ)場合は音名のあとに+、半音下げる(フラット)場合は-を付与します。音の長さは4分音符なら4、8分音符なら8と書きます。付点は数字のあとに.を付けます。数字省略時は8分音符と解釈するのが普通のようです。オクターブを上げる場合は>、下げる場合は<と書きます(コンパイラによっては逆の解釈をする)。休符はrです。

本物のMMLでは、音色の指定だとかトラックの割り当てだとか、もっとたくさん命令があるんですが、基本はだいたいこんなもんです。

PowerShellで音を鳴らすには

PowerShellで音を鳴らすには、.NETのSystem.Console.Beepメソッドを使うのが一番手っ取り早いです。ビープ音ですね。比較的古いWindowsではハードウェアのビープスピーカーから、比較的新しいWindowsではサウンドデバイス上で鳴ります。今回のMMLシーケンサーも結局はBeepメソッドです。

そしてぎたぱそ先生がずっと以前に書いておられます。なので今回のはまあ、MMLシーケンサー部分を除けば二番煎じなんですけどもね。(そしてSmallBasicLibraryを使えば実はMML演奏もできるので、車輪の再発明でもあるんですが)

ちなみにwavやmp3なんかを鳴らすには、Windows Media PlayerをCOM経由で実行する方法や.NET(WPF)のSystem.Windows.Media.MediaPlayerクラスを使う方法などがあります。

音程の決め方

Beepメソッドでは第1引数にビープ音の周波数をHzで、第2引数に再生時間をミリ秒で指定します。つまりは音程(音の高さ)はHzで指定する必要があります。ここでドの音は何ヘルツで、みたいな対応表をどこかから探してきてそのデータを使ってもいいんですが、今回はせっかくなので、PowerShellで計算して求めてみます。

まず、ある音程の一つ上のオクターブの音程の間の周波数比は、1:2です。

ピアノ等の鍵盤楽器が近くにあれば、それを見てもらえば分かると思いますが、1オクターブには12の音程が含まれています。1オクターブの周波数比を12個均等に分割します(この周波数の決め方を平均律といいます)。つまり、隣り合う音程の周波数比は、1:12√2となるわけです。

さて、音程の周波数比はこれでわかりました。あとは基準となる音の周波数が分かれば、全ての音の周波数が計算できるわけです。時代や地域、演奏する楽器等によって微妙に違ってきますが、現代日本においては普通は、A(ラ)=440Hzが基準周波数です。

あとは単純にかけ算して周波数を求めて連想配列に入れておくだけです。コードにすればこんな感じですね。

$baseFrequency = 440.0
$pitches = @{
            "c" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 3/12)
            "d" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 5/12)
...
}

あと、+で半音上がる場合は[math]::Pow(2, 1/12)をかけ、-で半音下がる場合は割ればいいだけです。(別に$pitchesテーブルで最初から定義してもいいかもですが)

音価の決め方

音価というのは音の長さです。Beepメソッドの第2引数にはミリ秒で実際の時間を指定する必要があるので、これも計算で求めてやります。

4分音符というのは、1小節(全音符)を4分割、つまり1/4した音価を持ちます。同様に8分音符は1/8ですね。付点がつくと音価は1.5倍になります。

ではたとえば4分音符の具体的な音価はどうやって定めるのでしょうか。それを決めるのがテンポと拍子です。

テンポは1分間(つまり60000ミリ秒)の拍数(BPM、Bit Per Minuteともいう)で定義されます。今回作るシーケンサーは4/4拍子、すなわち1拍=4分音符とする4拍子固定とするので、1分間に4分音符がBPM回含まれることになります。

つまり、4分音符の音価=60000ミリ秒/BPMの値、全音符の音価=60000*4ミリ秒/BPMの値 となるわけです。

具体的なコードは…略します。単なるかけ算と割り算だけなんで。

MMLのパース

えっと時間がなくなってきたので、駆け足で説明します。

MMLのパースとは、要するに最初の例のようなMML(テキストデータ)から、実際に演奏する音程と音価の組み合わせのデータとして組み立てる作業になります。

今回のシーケンサーでは、繰り返し記号等はサポートしないので、単にMMLを一文字ずつ読み込んで、音名(cなど)を見つけたら、その後の文字を読んで、+があれば半音上げるなどして周波数を求め、その後に数字があればn分音符とみなし、先ほどの計算式から実際の音価を求めてやる。というのを全部の音でくり返すだけです。

この処理をやっているのがConvertFrom-MMLという関数です。MMLテキストを入力してやると、周波数(Frequency)や発音時間(Duration)などをプロパティとして含んだpscustomobject(Noteオブジェクト)を出力します。(Noteとは音符のことです)

MMLの演奏

パースしたMMLを実際に演奏するのがInvoke-Beep関数です。入力は、ConvertFrom-MMLで生成したNoteオブジェクトです。実際の処理は至って単純で、 [System.Console]::Beep($note.Frequency, $note.Duration)するだけです(えー)。あ、あと休符の時はDuration分だけSleepを入れてやっています。

MMLの>と<の意味を逆転する-Reverseスイッチ、BPMを指定する-Bpmパラメータ(デフォルト120)なんかも用意してます。

実際にはMMLから直接演奏できるように、Invoke-Mmlというラッパー関数を用意しています。

冒頭のねこふんじゃったのMMLを再生するにはこんな感じにします。

$s=@"
e-d-<g-4>g-rg-4e-d-<g-4>g-rg-4e-d-<g-4>g-4<e-4>g-4<d-4>frf4
e-d-<d-4>frf4e-d-<d-4>frf4e-d-<d-4>f4<e-4>f4<g-4>g-rg-4
"@
Invoke-Mml $s
コード
function ConvertFrom-MML
{
    [CmdletBinding()]
    param(
        [parameter(ValueFromPipeline=$true)][string[]]$mml,
        [int]$bpm = 120,
        [switch]$reverse = $false
    )
    begin
    {
        $baseFrequency = 440.0
        $scaleRatio = [math]::Pow(2, 1/12)
        $baseDuration = 60000 * 4 / $bpm
        $pitches = @{
            "c" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 3/12)
            "d" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 5/12)
            "e" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 7/12)
            "f" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 8/12)
            "g" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 10/12)
            "a" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 12/12)
            "b" = $baseFrequency * [math]::Pow(2, 14/12)
            "r" = -1
        }
        $currentOctave = 0
    }

    process
    {
        $chars = [string[]]$mml.ToCharArray()

        0..($chars.Length - 1)|%{
            if($null -ne $pitches[$chars[$_]])
            {
                $frequency = $pitches[$chars[$_]]
                $suffix = ""
            
                $denominator = ""
                $dot = $false

                if($_ -lt $chars.Length-1)
                {
                    switch($chars[($_ + 1)..($chars.Length - 1)])
                    {
                        {$pitches.Contains($_)}
                            {break}
                        "+"
                            {$frequency *= $scaleRatio; $suffix += $_}
                        "-"
                            {$frequency /= $scaleRatio; $suffix += $_}
                        {$_ -match "\d"}
                            {$denominator += $_}
                        "."
                            {$dot = $true}
                    }
                }

                $frequency *= [math]::Pow(2, $currentOctave)

                $denominator = [int]$denominator
                if($denominator -eq 0){$denominator = 8}
                $multiplier = 1 / $denominator
                
                if($dot){$multiplier *= 1.5}
                $duration = $baseDuration * $multiplier

                if($frequency -le 0){$on = $false}else{$on = $true}
                [pscustomobject]@{
                    Frequency = [int]$frequency
                    Duration = $duration
                    Note = "$($chars[$_])$suffix$denominator$(if($dot){"."})"
                    Octave = $currentOctave
                    Pitch = $chars[$_]
                    Suffix = $suffix
                    Denominator = "$denominator$(if($dot){"."})"
                    On = $on
                }
            }
            elseif($chars[$_] -eq ">")
            {
                if($reverse)
                {
                    $currentOctave--
                }
                else
                {
                    $currentOctave++
                }
            }
            elseif($chars[$_] -eq "<")
            {
                if($reverse)
                {
                    $currentOctave++
                }
                else
                {
                    $currentOctave--
                }
            }
        }
    }
}

function Invoke-Beep
{
    [CmdletBinding()]
    param([parameter(ValueFromPipeline = $true)][psobject[]]$note)
    
    process
    {
        if($note.On)
        {
            [System.Console]::Beep($note.Frequency, $note.Duration)
        }
        else
        {
            Start-Sleep -Milliseconds $note.Duration
        }
    }
}

function Invoke-Mml
{
    [CmdletBinding()]
    param(
        [string]$mml,
        [int]$bpm,
        [switch]$reverse
    )
    
    ConvertFrom-Mml @PSBoundParameters|Invoke-Beep
}
おわりに

今回はMMLをパースしてBeepを演奏するスクリプトをPowerShellで作ってみました。これをシーケンサーというのはおこがましいと思いますが、まあたまにはこういう柔らかいネタもいいんじゃないでしょうか。ドレミの音がどうやって決められてるのかというのも、もしかして話のネタくらいにはなるかも。

そしてこれ、シーケンサーといいつつ、入力機能がないですよね。それについては次回やります。

PowerShellアドベントカレンダー2014はまだまだ残席ございます。ぜひ、あなたのPowerShell話を聞かせて下さい。

2012/11/21

先日、Windows Server 2012がRTMされたのと同時に、Windows 7/2008/2008 R2用のPowerShell 3.0を含むWindows Management Framework (WMF) 3.0パッケージも公開になりました。

Download WMF 3.0 from Official Microsoft Download Center

また、Windows Server 2012を管理するためのWindows 8用リモートサーバー管理ツール(RSAT)も公開されました。サーバーマネージャーやAD管理センターなどの管理ツール、Windows Server 2012の「役割」と「機能」に対応するPSモジュールが含まれています。

Download: Windows 8 用 RSAT - Microsoft Download Center - Download Details

(残念ながらWin Server 2012を管理するWin7用のRSATはないようです)

さて、PowerShell 3.0はローカルヘルプが標準では含まれていないので、Update-Helpコマンドレットを管理者権限で使ってダウンロードする必要があります。が、現状では日本語ヘルプが存在しないので、ローカルでヘルプが引けないというちょっとアレな状況になってます。

この状況、いつかは改善されるとは思うのですが、とりあえずの回避策を書いておきます。以下のスクリプトを管理者権限で実行してください。

Update-Help -UICulture en-us -Force
mkdir $pshome\ja-JP_backup
copy $pshome\ja-JP\*.* $pshome\ja-JP_backup\
copy $pshome\en-US\*.* $pshome\ja-JP\

このスクリプトはUpdate-Helpコマンドレットにより英語ヘルプ(ロケールen-us)を$pshome\en-USにダウンロードします。その後、ダウンロードしたヘルプファイルをそのままja-JPフォルダにコピーします。その際、念のためにバックアップをja-JP_backupフォルダにとっておきます。

これで日本語環境のpowershell.exeでもとりあえずは英語版のヘルプを引くことが出来るようになります。

(2013/01/18追記。Windows 8とServer 2012では、Update-Help -UICulture en-us -Forceを管理者権限で実行するだけで、日本語環境でも英語ヘルプが表示されます。)

日本語ヘルプがダウンロード可能になればこの作業は必要ないですが、それまでの暫定措置としてご利用ください。

この作業に抵抗がある方は、オンライン版英語ヘルプを参照するのでもいいかと思います。

Windows PowerShell Core Modules
これはPowerShell 3.0に標準添付のモジュールとそれに含まれるコマンドレットのリファレンスです。

Windows PowerShell Support for Windows Server 2012
これはWindows Server 2012 / Windows 8に付属のモジュールとそれに含まれるコマンドレットのリファレンスです。

powershell.exeで Get-Help コマンドレット名 -Online とすることでWebブラウザを開いてこれらのヘルプページを直接表示することも可能です。

さて、ヘルプが揃ったところで、さっそく新しいコマンドレットを試してみましょう。そしてその成果をぜひ、PowerShell Advent Calendar 2012で発表してください!!



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