オペレーティングシステムについて詳しく解説

オペレーティングシステム( SE 、英語ではオペレーティングシステムまたはOS ) は、コンピュータのハードウェアリソースとユーザーのコンピュータアプリケーション (ワードプロセッシング、ビデオゲームなど) の間の接続を担当する一連のプログラムです。アプリケーションプログラムにデバイスの汎用エントリポイントを提供します。

構成

オペレーティングシステムは通常、次のもので構成されます。

核。
図書館;
システムツールのセット。
基本的なアプリケーションプログラム。

システムの中核

カーネル (またはハート) は次の機能を提供します。

デバイス管理 (ドライバーを使用);
プログラムの実行 (プロセスとも呼ばれます) の管理:
- 各プロセスに割り当てられたメモリの管理。
- プロセスのスケジューリング (プロセッサ上の実行時間の配分。
- プロセス間の同期と通信(同期サービス、メッセージ交換、メモリセグメントプーリングなど)
ファイル管理 (ファイルシステムを使用);
ネットワークプロトコル (TCP/IP、IPX など) の管理。

これは基本層であり、コンピュータの起動時に起動される層であり、一般にbootと呼ばれます。このおかげで、最初のサービスはシステムアプリケーション (メモリ管理、ハードドライブへのアクセス、周辺機器へのアクセス) にアクセスできるため、コンピュータのリソースを管理し、さまざまなハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントが相互に通信できるようになります。

これらのオペレーティングシステムでは、 RAM はカーネルとユーザー空間の 2 つの独立した部分に分割されています (後者はアプリケーション専用のメモリ空間であり、これによりセキュリティが強化されます。ユーザー空間のアプリケーションは、誤ってまたは意図的にメモリにアクセスすることはできません)自分たちに属さない領域。

カーネルの基本的な機能は、プロセスのロードと実行を保証し、入出力を管理し、カーネル空間とユーザー空間プログラム間のインターフェイスを提供することです。

オペレーティングシステムは、このカーネルとユーザーの二重構造により、ほとんどの場合、アプリケーションが動作するマシンから独立できるようにします。したがって、オペレーティングシステムは各コンピュータの特性を隠し、互換性に必要なインターフェイスを保証します。

図書館

ライブラリは、すべてのプログラムでこれらの操作を書き直す冗長性を避けるために、コンピュータープログラムで最もよく使用される操作をグループ化するために使用されます。

通常、ライブラリにはシステムライブラリとユーティリティライブラリの 2 種類があります。システムライブラリは、システム機能 (通常はカーネル関数へのエントリポイントですが、それだけではありません) を快適に使用できるようにする関数で構成されています。ユーティリティライブラリには、一般的に使用される実用的な関数 (数学関数、並べ替え関数など) が含まれています。

システムの観点から見ると、ライブラリにはさまざまな特性があります。静的または動的、および共有または非共有の文字があります。

静的ライブラリには、コンパイラによって生成されたコードに統合される関数が含まれています (静的リンク)。欠点は、このようにして取得されたコードが、ライブラリが変更されたときに更新されないことです。利点は、コードだけが自己完結型であることです。

ダイナミックライブラリは、実行時にコードに統合される関数 (ダイナミックリンク) を含むライブラリです。利点は、ライブラリの更新によってコードが最新のものになることです。欠点は、実行がライブラリの存在に依存することです。また、遅延バインディング (関数が呼び出されたときの関数の統合) またはロード時 (プログラムの実行開始直後の関数の統合) における動的側面も改良します。

共有ライブラリは、その内容がランタイムシステム内で 1 つのコピーにのみ存在することが保証されているライブラリであり、関数はそれを使用するすべてのアプリケーションで共有されます。

ファイルシステム

ファイルシステム (英語では FS またはファイルシステム) またはファイル管理システム (SGF) は、いわゆる二次メモリ (ハードディスク、フロッピーディスク、 CD-ROM 、 USB キー、等。）。この情報の保存は永続的です。このようなファイル管理により、大量のデータを処理および保存できるだけでなく、複数のコンピュータプログラム間でデータを共有することが可能になります。ユーザーにデータの抽象的なビューを提供し、アクセスパスを使用してデータを見つけることができます。

システムツール

システムツールでは次のことが可能になります。

システムの構成 (ユーザーアカウントの管理、ネットワーク設定の構成、サービスの自動開始など)。
たとえばネットワークを使用して、1 人以上のユーザーまたは他のコンピュータにサービスを提供するアプリケーションにバトンを渡します。

グラフィカルインターフェース

このタイプのヒューマンマシンインターフェイスは、 MS-DOSのようなコマンドラインインターフェイス (コマンドラインインターフェイスの CLI) とは対照的です。このタイプの環境の最も一般的な部分は、マウスポインター、ウィンドウ、デスクトップ、アイコンです。さらに、ボタン、メニュー、スクロールバーなどのグラフィカルコントロールを使用してユーザーと対話します。この人間とマシンの対話は、グラフィカルインターフェイスまたは「シェル」を使用したコマンドラインで開発されます。ポインティングデバイスは、グラフィカルインターフェイスが適切に機能するために必要です。この環境により、コンピュータはアクセスしやすく、使いやすくなります。

グラフィカルインターフェイスは、オペレーティングシステムの目に見える部分を表します。これは、オペレーティングシステムが大きく進化するたびに、オペレーティングシステムメーカーがグラフィカルインターフェイスも進化させ、その結果、オペレーティングシステムの各世代にアイデンティティを与える理由を説明しています。

GUI はカーネルから分離されています。したがって、特定のオペレーティングシステムでは、グラフィック環境を変更またはカスタマイズすることが可能です (一部のLinuxディストリビューションには基本的なグラフィック環境さえありません)。ただし、 Windows XP インターフェイスは特定の追加プログラムを使用して変更することもできますが、この機能はデフォルトでは含まれていません。

ほとんどのオペレーティングシステムは、使いやすいユーザーフレンドリーなグラフィカルインターフェイスを備えているため、パーソナルコンピュータを使用するのにコンピュータスキルは必要なくなります。 Windows やMacintoshなどのオペレーティングシステムには、ファイル管理ユーティリティやシステム構成ユーティリティだけでなく、GUI と呼ばれるグラフィカルインターフェース (グラフィカルユーザーインターフェースなど) を管理するシステムツールが含まれています。これらの機能は一般に、オペレーティングシステムの自然な部分であると考えられていますが、一部の GNU/Linux または BSD バージョンで示されているように、必ずしもそうではありません。 OpenBSDなどの一部のオペレーティングシステムには、速度やセキュリティ上の理由から、デフォルトではグラフィカルインターフェイスが含まれていません。

オペレーティングシステムは、グラフィックインターフェイスをベクトル形式で管理することが増えています (グラフィックカードは 2D と 3D の両方の表示を担当します)。これらのインターフェイスにより、3D チップにおける過去 10 年間の進歩を活用することができます。ベクトルインターフェイスを統合した最初のシステムは、Quartz グラフィックスエンジンを搭載したMac OS X 10.2 でした。 2007 年に最も開発された3D インターフェイスは Compiz-fusion で、 Compizとその派生 (フォーク) であるBerylの作成者によって共同開発され、GNU/Linux システム上で実行されます。 Windows オペレーティングシステムの最新バージョンである Vista (2007) には、Aero と呼ばれる 3D インターフェイスを備えたデスクトップも含まれています。

基本的なアプリケーションプログラム

基本的なアプリケーションプログラムは、ユーザーにサービス (電卓、テキストエディタ、 Web ブラウザなど) を提供します。これらのアプリケーションプログラムは、多くの場合、オペレーティングシステムのプロモーションパッケージ (バンドル) として提供されます。自分は実際にはオペレーティングシステムの一部ではないと信じている人もいます。ベースアプリケーションプログラムとオペレーティングシステムの分離を定義するのは困難です。一方がなければもう一方は役に立たなくなり、多くのアプリケーションはベースアプリケーションプログラムが常に存在するものとしてプログラムされているからです。

歴史的

他のオペレーティングシステムから継承されたプログラムの一種

マイクロコンピュータは最新世代のコンピュータの 1 つです。したがって、それら専用のオペレーティングシステムは、他の種類のオペレーティングシステム (中央コンピュータおよびワークステーション用のシステム。今日最もよく知られているのは GNU/Linux) の後に開発されました。別の種類のオペレーティングシステムが存在し、パーソナルコンピューティングの後に作成されました。それは、組み込みオペレーティングシステムです。

1980年代

当時のシステムには、ミニコンピューターやメインフレームコンピューターにオペレーティングシステムを使用する機能も必要性もありませんでした。モニターと呼ばれる最初のオペレーティングシステムは、非常に基本的な機能のみを提供し、ほとんどの場合 ROM からロードされました。

CP/M は、 (読み取り専用メモリではなく)ディスクにインストールされるオペレーティングシステムの先駆者の 1 つです。このオペレーティングシステムは PC-DOS の設計に大きな影響を与えました。後者はIBMによって最初の PC のオペレーティングシステムとして選ばれ、 Microsoft を世界で最も収益性の高い企業の 1 つにしました。 1980 年代のオペレーティングシステム市場における主な代替は、1984 年にはMac OS 、1985 年にはAmigaOSとAtari 、1987 年にはOS/2でした。

1990 年代と 2000 年代

1990 年代後半には、グラフィカルインターフェイスの信頼性、セキュリティ、使いやすさの点でユーザーの要求が高まりました。

このようにして Microsoft は、一般向けのものを含むすべてのオペレーティングシステムを Windows NT プラットフォームに移行し、Windows 9x ファミリに終止符を打ちました。

同時期に、Macintosh 社は Mac OS X を発売することにより、カーネルとオペレーティングシステムのインターフェイスを完全に再設計しました。カーネルはUNIXシステムと、ベクトルモードで管理されるグラフィカルインターフェイス表示エンジン Quartz をベースにしています。

最後に、オペレーティングシステムにおける 3 番目のプレーヤーは、すべての Linux ディストリビューションで構成されます。経験豊富な開発者によって設計および使用されているため、パーソナルコンピュータの分野での市場シェアは少数派ですが、サーバー市場では非常に大きなシェアを占めています。ここ数年、Linux開発者コミュニティは、 UbuntuやMandrivaなどのディストリビューションを使用して初心者向けにサービスを拡張してきました。特定のブランドが Linux を搭載した一般向けコンピュータを提供しているため、この開放は技術的にも商業的にも成功しています。たとえば、一部のDELLコンピューターには Mandriva または Ubuntu オペレーティングシステムが搭載されています。

プラットフォームとオペレーティングシステム:

PC互換コンピュータ:

Mac OS は、 Appleブランド製品とのみハードウェア互換性があります。 Microsoft Windows はMicrosoft Linux および BSD 製品とハードウェア互換性があります) すべての製品と互換性があります

相互運用性の問題

オペレーティングシステムは、異なるハードウェアプラットフォーム上での互換性という点で同等ではありません。

– Linux は、Macintosh や PC などの主要なマイクロコンピュータを含む、さまざまな種類のプラットフォーム上で動作します。

– 一方、Macintosh 用に開発されたオペレーティングシステムは、Apple の閉鎖方針により、他のプラットフォームに移植できませんでした。 (必然的に、いわゆる「PC 互換」オペレーティングシステムは Mac プラットフォームを使用できません (これらのアーキテクチャ: 68k および PowerPC 用に提供されている Linux および BSD ディストリビューションを除く)。2006 年 1 月以降、Macintosh アーキテクチャは大幅に変更されました。現在は Intelアーキテクチャ(Mac-Intel) に基づいており、IBM-Motorola (PowerPC) によって設計されていません。その直接的な結果として、Mac OS X を完全に書き直す必要があり、このプロセッサアーキテクチャの変更により Macintosh がそれを可能にしました。一方、「IBM PC 互換機」の大規模なファミリーは、Mac OS X オペレーティングシステムを別のブランドのコンピュータで実行することはできません。Apple は、この種の使用を防止する保護をシステムに統合しています。 OS

– Microsoft の Windows には、Apple と同様に閉鎖ポリシーがあります。 (彼の非互換性に関する数々の裁判はコンピューター報道を独占しました)

IBM OS/2。
OS/400 は IBM システムリソース上に存在します (AS/400 – ISeries)。
Mac OS: Apple Macintosh コンピュータ用の最初のオペレーティングシステム。Lisa および Apple II システムの後継となり、Mac OS X が続きました。
VMS および OpenVMS (Compaq、元 Digital)。
DOSファミリには以下が含まれます。
- PC-DOS (最初の x86 で IBM によって提供されたバージョン)、MS-DOS、 DR-DOS 、FreeDOS、PTS-DOS…
Windows、Microsoft のウィンドウオペレーティングシステム。
以下を含む UNIX 派生製品 (さまざまなバリエーション: BSD、System V など)。
- GNU/Linux: Linux カーネルとGNUツールに基づく無料のオペレーティングシステム。
  - ディストリビューション: Debian、Mandriva、Ubuntu、Gentoo、Red Hat、Fedora、SuSE、Slackware、EduLinux…
- BSD ファミリ: 以下を含む Berkeley システムを解放する成功した取り組み。
  - NetBSD、OpenBSD とその派生 OliveBSD、FreeBSD とその派生、 PicoBSDと DragonFly BSD、Darwin (Mac OS X が構築されている、セミプロプライエタリ)。
- 独自のUNIX:
  - AIX (IBM、SystemV)、 A/UX (Apple、SystemV)、BOS (Bull オペレーティングシステム)、 Irix (シリコングラフィックス、SystemV)、 HP-UX (Hewlett Packard 、SystemV)、LynxOS (LynuxWorks)、 NeXTSTEP (NeXT、 BSD)、Sinix (Siemens)、Solaris (Sun、SystemV)、SunOS (Sun、BSD)、 Tru64 (Compaq)。
メインフレームオペレーティングシステム:
- Multics (UNIX の父) および CTSS の後継者
- IBM: MVS、VM、DOS/VSE、TPF
- 雄牛: GCOS
- シーメンス: BS2000
- ITS、TOPS-10、TOPS-20
Symbian OSはスマートフォン用のオペレーティングシステムです。