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オペレーティングシステムとは―OS。種類と特徴、機能、タスク管理など

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オペレーティングシステムとは、OSのことですが、種類と特徴、機能、タスク管理などOSとはどのようなものかついてまとめています。

目次

この記事の目次です。

0. オペレーティングシステムとは

1. OSの種類と特徴

2. OSの機能と構成

4. タスク管理

6. 入出力管理

7. 記憶管理

12. 障害管理

13. プログラムの形態と性質

もっと知識を広げるための参考

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0. オペレーティングシステムとは

オペレーティングシステムとは、基本ソフトウェアともいわれ、コンピュータのハードウェアを抽象化したインターフェースを利用者またはアプリケーションソフトウェアに提供するソフトウェアです。 オペ―レティングシステムには、タスク管理や記憶管理などの機能があります。

オペレーティングシステムは、英語でOperating System、略してOSといいます。 オペレーティングシステムと書くと長いので、以降ではオペレーティングシステムのことをOSと記述していきます。

1. OSの種類と特徴

OSの種類、特徴に関連した内容をまとめています。

リアルタイムOS

リアルタイムOSとは、リアルタイムシステムのためのOSです。 RTOSの読み方や特徴、イベントドリブンプリエンプション方式などのタスク決定方式など、リアルタイムOSとは何かまとめています。

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仮想マシン

仮想マシンについて見ていきます。

サーバ仮想化

サーバ仮想化(server virtualization)は、1台のマシン上で複数の仮想的なマシンを動作させる技術です。 それぞれの仮想的なマシンには別々のOSやアプリケーションソフトを動作させることができます。

サーバ仮想化を行うと、1台のマシンで複数のサーバが管理できるようになり、物理的資源の管理にかかる手間が省けます。 また、資源配分を需要に応じて柔軟に配分することができるので、資源の利用率を高くすることができます。

しかし、仮想サーバを動かすためにタスク切替のオーバーヘッドが発生するなど、直接実行するよりも性能が下がります。

仮想マシンに関連したIPA情報処理試験の過去問

以下では仮想マシンに関連したIPA情報処理試験の過去問とそのの解説をまとめています。

2. OSの機能と構成

カーネルの解説からマイクロカーネルのアーキテクチャなど、OSの機能と構成についてまとめています。

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4. タスク管理

マルチタスク、プリエンティブの意味、OSのタスク管理の機能に関連した多重(マルチ)プログラミング(マルチタスク)とスケジューリングに関連したタスクを切り替える方式やスケジューリング方式についてまとめています。

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6. 入出力管理

スプールなどCPUのアイドル時間を減らして効率を上げるための仕組みなど入出力管理について見ていきます。

CPUのアイドル時間(遊休時間)

CPUのアイドル時間(遊休時間)は、アイドルタイムともいい、CPUが使われていない時間になります。

スプーリング

スプーリングとは、入出力装置の動作を、処理装置(CPU)とは独立に並行して動作させる仕組みのことを言います。

スプーリングは、主記憶装置と低速の入出力装置との間のデータ転送を、 補助記憶装置を介して行うことによって、システム全体の処理能力を高めます。

たとえば、ジョブの処理結果を印字速度の遅いプリンタに直接出力しないで、高速の磁気ディスクなどの補助記憶に出力しておいて、 後で出力専用のサービスプログラムを使って出力するような仕組みがスプーリングです。 なお、プリンタへの出力を一時的に磁気ディスク装置へ保存するスプーリングは、スループットの向上に役立ちます。

スループット

スループットとは、コンピュータ・システムが一定時間内に処理する仕事量を指します。

単位時間当たりの仕事量のことで、ユーザー側から見た、コンピュータ・システムの処理能力を測定する評価指標の一つです。

多重プログラミングやなどによってスループットを向上することが出来ます。

入出力管理に関連したIPA情報処理試験の過去問

以下では入出力管理に関連したIPA情報処理試験の過去問とそのの解説をまとめています。

7. 記憶管理

実記憶や仮想記憶など、OSの記憶管理の機能についてまとめていきます。

実記憶管理

記憶域管理アルゴリズムなど実記憶管理についてまとめていきます。

記憶域管理アルゴリズム

記憶域管理アルゴリズムについてみていきます。

最初適合方式(ファーストフィット:first fit)

最初適合方式とは、first fit(ファーストフ ィット)方式ともいい、十分な大きさの空き領域を検出するまでリストを走査する方式です。

スワッピング

スワッピングは、プログラムを一時的に停止させ、使用中の主記憶の内容を補助記憶に退避します。 再開時には、退避した内容を主記憶に再ロードし、元の状態に戻します。

オーバレイ

オーバレイは、あらかじめプログラムをいくつかの単位に分けて補助記憶に格納しておき、プログラムの指定に基づいて主記憶に読み込みます。

実記憶管理に関連したIPA情報処理試験の過去問

以下では実記憶管理に関連したIPA情報処理試験の過去問とそのの解説をまとめています。

仮想記憶管理

スワッピングに使用されるページングファイルについて触れながら、実記憶と仮想記憶の関係や仮想記憶方式の種類と特徴、動的アドレス変換の仕組みを説明していきます。 ページングファイルの作成、設定例、ページング方式のLRUやFIFOの代表的なページ置換えアルゴリズムについてページ置換え手順の例など、具体的な内容もまとめています。

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12. 障害管理

OSの障害管理の機能に関連した障害の検出についての内容をまとめています。

ホットスタンバイシステム

ホットスタンバイシステムとは、コンピュータを2台用意しておき、現用系が故障したときは、 現用系と同一のオンライン処理プログラムをあらかじめ起動して待機している待機系のコンピュータに速やかに切り替えて、 処理を継続するシステムのことをいいます。

コールドスタンバイシステム

ホットスタンバイシステムとは、逆にあらかじめ起動しないで待機している待機系を用いるシステムを コールドスタンバイシステムといいます。

ウォッチドッグタイマ

ウォッチドッグタイマとは、英語でwatchdog timerといい、システムが正常に動作しているかどうかを監視するためのタイマーシステム、 もしくはそのような監視を行うためのメカニズムを言い、システムが正常に動作しているかどうかを監視するためのディバイスの総称です。

ウォッチドッグタイマ自身はシステムからは独立しており、システムの状態とは関係なくカウント・ダウンが進みます。

ウォッチドッグタイマはノンマスカブル割り込み(Non Maskable Interrupt)を行います。 ノンマスカブル割り込みは、「マスク」することの出来ない割込みで、いつでも割込み可能な割込みです。

システム上で動作しているアプリケーションに定期的に信号を送らせ、信号が送られてこなかった場合にノンマスカブル割込みでシステムに通知します。

ウォッチドッグタイマを利用したオペレーティング・システムやアプリケーション・プログラムでは、一定時間間隔ごとにタイマに初期値をロード(設定)して、カウントダウンを最初から行うようにしています。

OSの障害管理の機能に関連したIPA情報処理試験の過去問

以下ではOSの障害管理に関連したIPA情報処理試験の過去問とそのの解説をまとめています。

13. プログラムの形態と性質

プログラムには、ソースプログラム、オブジェクトプログラムなどの形態があり、ソ ースプログラムの管理対象には、データ構造定義、レコード構造定義などのマクロソースががあります。 ここでは、APIなどプログラムの形態と性質について見ていきます。

API

APIとは、Application Program Interfaceの略でソフトウェアからOSの機能を利用するための仕様、またはインタフェースのことを言います。 アプリケーションから、OSが用意する各種機能を利用するための仕組みになります。

汎用性のあるAPIが定められていれば、周辺機器との連携やインターフェース、ドライバの作成が容易に行えるといった互換性の高いプログラミングを行うことが出来るため、アプリケーション開発が容易になります。

なお、一般的には、APIはOSの機能を利用するための関数を指します。 OSの機能を利用するためのプログラムをその都度開発する必要がなく、APIの関数を呼び出すだけでOSの機能が利用でき、これにより開発工程を短縮することができます。

プログラムの形態と性質に関連したIPA情報処理試験の過去問

以下ではプログラムの形態と性質に関連したIPA情報処理試験の過去問とそのの解説をまとめています。

もっと知識を広げるための参考

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