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Web が進化するにつれて、人々はその機能や用途を説明する新しい言葉を発明します。場合によっては、一部の人がそれが誤解を招く、または不正確であると信じている場合でも、その用語が広く受け入れられることがあります。 Web オペレーティング システムの場合も同様です。

オペレーティング システム (OS)は、コンピュータのハードウェアとソフトウェアを編成および制御する特別な種類のプログラムです。オペレーティング システムはコンピュータ ハードウェアと直接対話し、他のアプリケーションのプラットフォームとして機能します。 Windows、 Linux 、Unix、Mac OS X のいずれであっても、コンピュータはその OS に依存して機能します。

Web OS という用語に反対する人がいるのはこのためです。 Web OS は、ユーザーが Web 上に完全または部分的に保存されているアプリケーションにアクセスできるようにするユーザー インターフェイス( UI ) です。 Windows などの従来のコンピュータ オペレーティング システムのユーザー インターフェイスを模倣している可能性がありますが、コンピュータのハードウェアと直接対話することはありません。ユーザーは、自分のコンピュータに従来の OS をインストールしている必要があります。

選択できるコンピュータ オペレーティング システムはそれほど多くありませんが、Web オペレーティング システムについても同じことが言えます。利用可能な Web オペレーティング システムは数十あります。それらの中には、幅広いサービスを提供するものもありますが、まだ開発中で限定された機能のみを提供するものもあります。場合によっては、プロジェクトの背後に 1 人の野心的なプログラマーがいることもあります。他の Web オペレーティング システムは、大規模なチームの努力の成果です。無料でダウンロードできるものもあれば、有料のものもあります。 Web オペレーティング システムには、あらゆる形状とサイズがあります。

Web オペレーティング システムは正確には何をするのでしょうか?読み続けて調べてください。

Web オペレーティング システムは何をするのでしょうか?

Web オペレーティング システムは、分散コンピューティング システム、特にクラウドまたはユーティリティ コンピューティング システムへのインターフェイスです。これらのシステムでは、企業はインターネット接続を通じてユーザーにコンピューター サービスを提供します。プロバイダーは、アプリケーション サーバーとデータベースを含むコンピューター システムを実行します。

一部のシステムでは、 FirefoxやInternet Explorerなどの Web ブラウザを使用してアプリケーションにアクセスします。他のシステムでは、ユーザーはシステム固有のクライアントを作成するプログラムをダウンロードする必要があります。クライアントは、他のソフトウェアから情報やサービスにアクセスするソフトウェアです。どちらの場合でも、ユーザーは自分のコンピュータではなく Web 上に保存されているプログラムにアクセスします。

どのようなサービスを提供しているのでしょうか？ Web オペレーティング システムを使用すると、ユーザーはコンピュータのデスクトップ上で実行できるほぼすべてのプログラムにアクセスできます。一般的なアプリケーションには次のものがあります。

従来のコンピュータ オペレーティング システムでは、自分のコンピュータにアプリケーションをインストールする必要がありました。アプリケーションはコンピュータのハードディスクドライブに存在します。これらは、コンピュータの OS に電子リクエストを送信することにより、コンピュータの中央処理装置 (CPU) の処理能力にアクセスすることによって実行されます。

Web オペレーティング システムは、コンピュータのネイティブ OS を置き換えることはできません。実際、Web オペレーティング システムが動作するには、従来のコンピュータ オペレーティング システムに依存しています。 Web OS ソフトウェアのユーザー側は、Web ブラウザであってもシステム固有のクライアントであっても、コンピュータの OS 上で実行されます。しかし、プログラマーは、デスクトップ OS のように見え、動作するように Web オペレーティング システムを設計します。 Web OS は従来の OS によく似ていますが、コンピューターのハードウェアやソフトウェアを管理しません。

Web OS を使用すると、コンピュータ上ではなく Web 上に保存されているアプリケーションにアクセスできます。アプリケーションの全体または一部は、特定のプロバイダー ネットワーク内の Web サーバー上に存在します。アプリケーションに情報を保存する場合、それがコンピュータに保存されない場合があります。代わりに、インターネットに接続されたデータベースに情報を保存します。一部の Web オペレーティング システムでは、情報をローカル ハード ディスク ドライブに保存するオプションも提供されています。

Web オペレーティング システムは特定のコンピューターやデバイスに関連付けられていないため、インターネットに接続されている任意のデバイスから Web アプリケーションやデータにアクセスできます。つまり、デバイスが Web オペレーティング ソフトウェア (特定の Web ブラウザまたはクライアントであっても) を実行できる限り、これを行うことができます。これは、1 台のコンピュータで Web OS にアクセスし、ドキュメントを作成し、作業内容を保存し、後でまったく別のコンピュータを使用して再度アクセスできることを意味します。 Web オペレーティング システムはユーザーにアクセシビリティの利点を提供します。データはコンピュータに拘束されません。

Web OS は何が機能するのでしょうか?読み続けて調べてください。

Web オペレーティング システムのテクノロジー

現在利用可能または開発中のさまざまな Webオペレーティング システムが非常に多いため、プログラマが同じ効果を達成するためにさまざまなアプローチを使用することは驚くべきことではありません。 Web OS の目標は、デスクトップ OS を使用するのと同様のエクスペリエンスを提供することですが、それを実現するための厳密なルールはありません。最も一般的な 2 つのアプローチは、 FlashテクノロジまたはAsynchronous JavaScript and XML (AJAX) テクノロジに依存します。

Flash は、プログラマがインタラクティブなWeb ページを作成できるようにする一連のテクノロジです。ベクターグラフィックスを利用した技術です。ベクター グラフィックスは、画像データを個々のピクセルではなく形状や線の集合として記録するため、コンピューターはピクセルベースのグラフィックスよりも速く Flash 画像やアニメーションを読み込むことができます。

Flash ファイルはインターネット上でストリーミングされます。つまり、ファイルにアクセスするエンド ユーザーは、ファイルの一部にアクセスする前に、ファイル全体が自分のコンピュータにダウンロードされるのを待つ必要がありません。 YouTube のビデオ プレーヤーのような Flash ベースのプログラムを使用すると、最初に映画クリップをダウンロードしなくても、映画クリップの視聴を開始できることになります。

インターネットに接続されているすべてのコンピューターの 98% 以上に Flash プレーヤーがインストールされています 。そのため、Flash は多くのプログラマーにとって魅力的なアプローチとなっています。彼らは、大多数のコンピュータ ユーザーが追加のソフトウェアをダウンロードすることなく Web OS にアクセスできることを認識して、Web OS を作成できます。

AJAX テクノロジは、ハイパーテキスト マークアップ言語( HTML )、 JavaScriptプログラミング言語、カスケード スタイル シート( CSS )、およびeXtensible Markup Language ( XML ) に依存しています。それはブラウザ技術です。 HTML 言語は、プログラマがテキスト ファイルに対して使用するマークアップ タグの集合で、テキスト ファイルを Web ページとして表示する方法を Web ブラウザに指示します。 CSS は、プログラマーが Web サイトの外観を調整する際に、より多くのオプションを提供するツールです。プログラマは、フォント スタイルや色などの特定の属性を備えたスタイル シートを作成し、それらのスタイルを複数の Web ページに一度に適用できます。 JavaScript は、アプリケーションがサーバーとブラウザーの間で情報を送受信できるようにするプログラミング言語です。 XML はマークアップ言語です。つまり、プログラマーは XML を使用して、ファイル内の情報の構造と他の情報との関係を記述します。

AJAX の「非同期」という側面は、AJAX アプリケーションが必要に応じてサーバーとブラウザーの間でデータを少量の情報で転送することを意味します。別の方法は、何かが変更されるたびに Web ページ全体をブラウザに送信することですが、これではユーザー エクスペリエンスが大幅に低下します。十分なスキルと知識があれば、プログラマはデスクトップ アプリケーションと同じ機能を持つ AJAX アプリケーションを作成できます。

Flash と同様、ほとんどのコンピュータで AJAX アプリケーションを実行できます。それは、AJAX が新しいプログラミング言語ではなく、確立された Web 標準を使用して新しいアプリケーションを作成する方法だからです。アプリケーション プログラマがアプリケーションのコードに正しい情報を含めている限り、アプリケーションはどの主要な Web ブラウザでも問題なく動作するはずです。 AJAX に基づくよく知られた Web アプリケーションには、Google カレンダーやGmail などがあります。

なぜ Web OS を使いたいと思うのでしょうか?読み続けて調べてください。

Web OS を使用する理由

Webオペレーティング システムを使用すると、リモートサーバーでホストされているアプリケーションにアクセスするときのユーザー エクスペリエンスが簡素化されます。理想的には、Web OS はデスクトップ OS のように動作します。システムがより親しみやすく直感的になればなるほど、人々はその使い方をより早く習得できるようになります。ユーザーが特定のアプリケーションの実行を選択すると、そのユーザーのコンピュータはシステムの制御ノード(システム管理者として機能する特別なサーバー) にリクエストを送信します。制御ノードはリクエストを解釈し、ユーザーのクライアントを適切なアプリケーション サーバーまたはデータベースに接続します。アプリケーション、ストレージ、処理能力をリモート ネットワークにオフロードすることで、ユーザーは数年ごとにコンピュータ システムをアップグレードすることを心配する必要がなくなります。

多くの人にとって、それが Web オペレーティング システムの最も魅力的な機能です。ユーザーのコンピュータがシステムへのアクセスに必要なブラウザまたはクライアント ソフトウェアを実行できる限り、アップグレードする必要はありません。現在のソフトウェアを実行するために新しいコンピュータを購入しなければならないとイライラする人もいます。分散コンピューティングでは、アプリケーションの機能を提供するのはプロバイダーの責任です。プロバイダーがユーザーの要求に応えることができない場合、ユーザーは他のサービスを探す可能性があります。

Web オペレーティング システムを使用すると、コンピュータ間でのデータの共有も容易になります。おそらく、Mac コンピューターと PC の両方を所有していると思います。 2 台の異なるコンピューター間でデータを共有するのは難しい場合があります。 Mac コンピュータと PC の両方と互換性のあるファイル形式を使用している場合でも、各マシンに同じファイルのコピーが作成される可能性があります。 1 つのコピーを変更しても、他のコンピューターのコピーには反映されません。 Web オペレーティング システムは、任意のコンピュータを使用して、リモート データベースに保存されたファイルの単一コピーを作成、変更、アクセスできるインターフェイスを提供します。使用している Web OS がクロスプラットフォームに対応している限り、つまり Mac と PC の両方で動作する限り、どちらのコンピュータでもいつでもファイルを操作できます。

同様に、Web オペレーティング システムは共同プロジェクトを簡素化できます。多くの Web オペレーティング システムでは、ユーザーがファイルを共有できます。各ユーザーは、システムのネイティブ ネットワークに保存されたファイルから作業できます。多くのユーザーにとって、これは、同じファイルの複数のコピーを整理して全員の変更を新しいバージョンに組み込むことに代わる魅力的な選択肢です。

現時点では、Web オペレーティング システムはデスクトップのオペレーティング システムほど堅牢ではありません。しかし、Web オペレーティング システムは、従来のデスクトップ ソフトウェア スイートと競合するのに十分な機能を備えていると信じている人もいます。 Web OS プロバイダーが機能のギャップやデータ セキュリティの懸念などの問題に対処できれば、コンピューター ネットワーク システムに劇的な変化が見られるかもしれません。

Web オペレーティング システムと関連トピックの詳細については、次のページのリンクを参照してください。

コンピュータの電源を入れると、自分が制御できていると思うのは良いことです。画面上のどこにでも移動できる信頼できるマウスがあり、ほんの少しの気まぐれで音楽ライブラリやインターネット ブラウザを呼び出すことができます。デスクトップやラップトップの前ではディレクターのような気分になりがちですが、内部ではさまざまなことが起こっており、カーテンの後ろで必要なタスクを処理している実際の人物はオペレーティング システムです。

Microsoft Windows は、私たちが仕事や個人で使用するほとんどのコンピューターに搭載されています。 Macintosh コンピュータには、macOS がプリロードされています。 Linux および UNIX オペレーティング システムはデジタル コンテンツ サーバーとして人気がありますが、多くのディストリビューションやディストリビューションが日常的に使用されるようになってきています。どちらを選択しても、オペレーティング システムがなければ何もできません。

他のデバイスには独自のオペレーティング システムがあります。 2020 年代現在、スマートフォンの OS としては Google の Android と Apple の iOS が最も一般的ですが、一部のメーカーは主に Android オペレーティング システムに基づいて独自の OS を開発しています。 Apple は iPadOS を搭載した iPad を出荷し、Apple Watch は watchOS を搭載し、Apple TV は tvOS を使用します。そして、独自のオペレーティング システムを備えた他のあらゆる種類のデバイスが存在します。モノのインターネット デバイス、スマート TV、および を実行するシステムを考えてください。それには自動運転車も含まれていません。

オペレーティング システムの目的は、オペレーティング システムが搭載されているデバイスが柔軟かつ予測可能な方法で動作するように、ハードウェアとソフトウェアを編成および制御することです。この記事では、ソフトウェアがオペレーティング システムと呼ばれるために何をしなければならないかを説明し、デスクトップ コンピューターのオペレーティング システムがどのように機能するかを示し、周囲の他のオペレーティング システムを制御する方法の例をいくつか示します。あなた。

オペレーティング システムとは何ですか?

すべてのコンピュータにオペレーティング システムが搭載されているわけではありません。たとえば、キッチンの電子レンジを制御するコンピューターにはオペレーティング システムは必要ありません。実行するタスクは 1 セット、非常に簡単な入力 (数字キーパッドといくつかのプリセット ボタン)、および制御するシンプルで変更のないハードウェアがあります。このようなマシンの場合、精巧なオペレーティング システムは不必要なお荷物となり、開発コストと製造コストが大幅に上昇し、必要のない部分でも複雑さが増します。代わりに、電子レンジ内のコンピューターは、 と呼ばれる単一の配線されたプログラムを常に実行しているだけです。

他のデバイスの場合、オペレーティング システムは次の機能を作成します。

すべてのデスクトップ コンピューターにはオペレーティング システムが搭載されています。最も一般的なのは、 Microsoftが開発した Windows ファミリのオペレーティング システム、Apple が開発した Macintosh オペレーティング システム、および歴史を通じて個人、企業、および協力者によって開発された UNIX ファミリのオペレーティング システムです。メインフレーム、ロボット工学、製造、リアルタイム制御システムなどの特殊用途を含む、特殊用途に使用できるオペレーティング システムは他にも何百もあります。

オペレーティング システムを搭載したデバイスには、通常、デバイスの動作方法を変更する方法があります。これは決して幸せな偶然とは言えません。オペレーティング システムが永続的な物理回路ではなくポータブル コードを使用する理由の 1 つは、デバイス全体を廃棄することなく変更または修正できるようにするためです。

デスクトップ コンピュータ ユーザーにとって、これは、コンピュータをジャンクにして、変更が必要なときに新しいコンピュータでやり直すのではなく、新しいセキュリティ アップデート、システム パッチ、新しいアプリケーション、さらにはまったく新しいオペレーティング システムを追加できることを意味します。オペレーティング システムがどのように機能し、その方法を理解していれば、多くの場合、オペレーティング システムの動作の一部を変更できます。

オペレーティング システムが実行するデバイスが何であっても、正確には何ができるのでしょうか?

オペレーティング システムの機能

最も単純なレベルでは、オペレーティング システムは次の 2 つのことを行います。

最初のタスクであるハードウェアおよびソフトウェア リソースの管理は、さまざまなプログラムや入力メソッドが (CPU) の注意を奪い合い、それぞれの目的のためにメモリ、ストレージ、および入出力 (I/O) 帯域幅を要求するため、非常に重要です。この点で、オペレーティング システムは優れた親の役割を果たし、各アプリケーションが他のすべてのアプリケーションとうまく連携しながら必要なリソースを確実に取得できるようにするだけでなく、限られたシステムの能力をすべてのアプリケーションの最大の利益のために活用します。ユーザーとアプリケーション。

2 番目のタスクである一貫した を提供することは、オペレーティング システムを使用する特定の種類のコンピュータが複数ある場合、またはコンピュータを構成するハードウェアが常に変更される可能性がある場合に特に重要です。一貫した (API) を使用すると、ソフトウェア開発者は 1 台のコンピュータ上でアプリケーションを作成し、たとえメモリの量やストレージの量が異なる場合でも、同じタイプの別のコンピュータ上で実行できるという高い信頼性を得ることができます。 2台のマシン。

特定の障害が発生した場合でも、オペレーティング システムは、ハードウェアのアップグレードや更新が行われたときにアプリケーションが実行し続けることを保証します。これは、アプリケーションではなくオペレーティング システムがハードウェアとそのリソースの配布の管理を担当しているためです。開発者が直面している課題の 1 つは、コンピューター機器を製造する何千ものベンダーのハードウェアを実行できる十分な柔軟性をオペレーティング システムに維持することです。今日のシステムは、何千もの異なるプリンタ、ディスク ドライブ、特殊な周辺機器を可能な限り組み合わせて搭載できます。

オペレーティング システムの種類

オペレーティング システムの広範なファミリーには、制御するコンピュータの種類とサポートするアプリケーションの種類に基づいて分類されたいくつかの種類があります。カテゴリは次のとおりです。

をサポートするマルチユーザー オペレーティング システムとシングルユーザー オペレーティング システムを区別することが重要です。システム管理者が職場のコンピュータにどのソフトウェアを使用できるか、または使用できないかを制御するオフィスで働いている場合は、ネットワークの一部であるシングルユーザー システムを使用していることになります。他の従業員と共有しているプリンタでドキュメントを印刷したり、部門のドキュメントを保存するプリンタを使用したりできます。

さまざまな種類のオペレーティング システムを念頭に置いて、オペレーティング システムが提供する基本的な機能を見てみましょう。

コンピュータのオペレーティング システム

コンピューターの電源を入れると、通常、最初に実行されるプログラムは、コンピューターのファームウェアに保存されている と呼ばれる一連の命令です。一般的な PC の場合は (BIOS)、新しいマシンでは (UEFI) になります。このコードはシステム ハードウェアを調べて、すべてが適切に機能していること、UEFI の場合は安全であることを確認します。テストが正常に完了すると、ファームウェアが .

ブートストラップ ローダー (または ) は、単一の機能を持つ小さなプログラムです。オペレーティング システムをメモリにロードし、動作を開始できるようにします。最も基本的な形式では、ブートストラップ ローダーは、コンピューターのさまざまなハードウェア サブシステムとインターフェイスして制御する小さなドライバー プログラムをセットアップします。オペレーティング システム、ユーザー情報、アプリケーションを保持するメモリの分割を設定します。これは、コンピュータのサブシステムおよびアプリケーション内およびそれらの間で通信するために使用される無数の信号、フラグ、およびセマフォを保持するデータ構造を確立します。その後、コンピュータの制御がオペレーティング システムに渡されます。

最も一般的な意味では、 はいくつかのカテゴリに分類されます。

これらのタスクは、ほぼすべてのオペレーティング システムの中核を定義します。次に、オペレーティング システムがこれらの各機能を実行するために使用するツールを見てみましょう。

プロセッサ管理

プロセッサ管理の核心は、次の 2 つの関連する問題に帰着します。

オペレーティング システムがプロセッサによって実行される作業をスケジュールする際に処理するソフトウェアの基本単位。アプリケーションには少なくとも 1 つのプロセスが含まれており、各プロセス内には少なくとも 1 つのスレッドがあります。スレッドとオペレーティング システムは、スレッドと同じくらい小さな単位であっても、適切に機能するために必要なリソースを割り当てて管理します。

プロセスをアプリケーションとして考えてしまいがちですが、それではプロセスがオペレーティング システムやハードウェアにどのように関係するのかが不完全になってしまいます。表示されているアプリケーション (ワード プロセッサ、スプレッドシート、またはゲーム) ですが、そのアプリケーションは、他のデバイスや他のコンピュータとの通信などのタスクのために、他のいくつかのプロセスを開始する可能性があります。また、プロセスが存在するという直接的な証拠を示さずに実行されるプロセスも多数あります。たとえば、オペレーティング システムでは、ネットワーク、メモリ管理、ディスク管理、ウイルスチェックなどを処理するために、数十のバックグラウンド プロセスが実行されていることがあります。

つまり、プロセスとは、何らかのアクションを実行し、ユーザー、他のアプリケーション、またはオペレーティング システムによって制御できるソフトウェアです。

オペレーティング システムが制御し、CPU による実行をスケジュールするのは、アプリケーションではなくプロセスです。シングルタスク システムでは、スケジュールは簡単です。オペレーティング システムは、アプリケーションの実行を開始し、割り込みやユーザー入力に対処するのに十分な時間だけ実行を一時停止します。

ハードウェアまたはソフトウェアによって CPU に送信されます。まるで、活発な会議中にコンピューターの一部が突然手を挙げて CPU の注意を求めたかのようです。オペレーティング システムは、割り込みがマスクされるようにプロセスの優先順位をスケジュールすることがあります。つまり、オペレーティング システムは、特定のジョブをできるだけ早く終了できるように、一部のソースからの割り込みを無視します。一部の割り込み (エラー状態やメモリの問題など) は無視できないほど重要です。たとえば、ラップトップのバッテリー切れを指摘するメッセージの配信などです。これらのノンマスカブル割り込み(NMI) は、実行中の他のタスクに関係なく行われます。

シングルタスク システムでは割り込みによりプロセスの実行が若干複雑になりますが、マルチタスク システムではオペレーティング システムのジョブがさらに複雑になります。ここで、オペレーティング システムは、複数のことが同時に起こっていると思われるようにアプリケーションの実行を調整する必要があります。各 CPU は一度に 1 つのことしか実行できないため、これは複雑です。今日のマルチコア プロセッサとマルチプロセッサ マシンは、より多くの作業を処理できますが、各プロセッサ コアは依然として一度に 1 つのタスクを管理できます。

多くのことが同時に起こっているように見せるために、オペレーティング システムは異なるプロセス間を 1 秒間に何千回も切り替える必要があります。その様子は次のとおりです。

プロセス制御ブロック

切り替え時にプロセスを追跡するために必要な情報はすべて、プロセス制御ブロックと呼ばれるデータ パッケージに保存されます。プロセス制御ブロックには通常、次のものが含まれます。

各プロセスにはステータスが関連付けられています。多くのプロセスは、何らかの入力を取得するまで CPU 時間を消費しません。たとえば、プロセスはユーザーからのキーストロークを待っている可能性があります。キーストロークを待機している間、CPU 時間は使用されません。キーストロークが到着すると、OS のステータスが変わります。プロセスのステータスが保留からアクティブに変化したとき、または一時停止から実行中に変化したときは、プロセス制御ブロック内の情報を他のプログラムのデータと同様に使用して、オペレーティング システムのタスク切り替え部分の実行を指示する必要があります。 。

このプロセスの交換はユーザーの直接的な介入なしに行われ、各プロセスは適切な時間内にタスクを完了するのに十分な CPU サイクルを取得します。ユーザーが同時に機能させるプロセスが多すぎると、問題が発生する可能性があります。オペレーティング システム自体は、アプリケーション プロセスのすべてのレジスタ、キュー、スタックの保存とスワップを実行するために、ある程度の CPU サイクルを必要とします。

各プロセスには独自のメモリ割り当てが必要ですが、オペレーティング システムは負荷のバランスをとる必要があります。開くアプリケーションの数が増えるほど、各アプリが動作するために必要なメモリが少なくなります。十分な数のプロセスが開始され、オペレーティング システムが慎重に設計されていない場合、システムは、プロセスを実行するのではなく、プロセス間のスワップに利用可能な CPU サイクルをより多く使用し始めます。これが発生すると、通常、プロセスを停止してシステムに秩序を戻すために、何らかの直接的なユーザー介入が必要になります。それはすぐにあなたによく似ています。限界に達すると、圧倒されてしまうでしょう。それがコンピュータにとってのスラッシングです。

開発者はスラッシングを回避するようにシステムを設計しますが、コンピュータに RAM を追加し、使用していないアプリケーションを閉じることで回避できます。これにより、OS がリソースをより効果的に管理し、スムーズな動作を維持できるようになります。

これまで説明してきたスケジューリングはすべて、単一の CPU に関するものでした。 2 つ以上の CPU を備えたシステムでは、オペレーティング システムはワークロードを CPU 間で分割し、必要なプロセスの要求と、さまざまなプロセッサで利用可能なサイクルのバランスをとろうとします。独自のニーズに合わせて 1 つのプロセッサを使用し、アプリケーション プロセスを残りの CPU に分割します。対称オペレーティング システムは、オペレーティング システム自体が実行されているだけの場合でも、さまざまなプロセッサ間で作業を分割し、需要と可用性のバランスをとります。これらは使用可能なメモリを共有します。実際、対称処理は同じチップ上での使用にも適用されます。

あなたの状況によっては、今まさにそうなっているかもしれません。

実行が必要なソフトウェアがオペレーティング システムだけである場合、スケジュールする必要があるリソースはプロセッサだけではありません。メモリ管理は、すべてのプロセスがスムーズに実行されるようにするための次の重要なステップです。

メモリのストレージと管理

オペレーティング システムがコンピュータのメモリを管理する場合、達成すべきタスクは大きく分けて 2 つあります。

最初のタスクでは、オペレーティング システムがソフトウェアの種類および個々のアプリケーションに対してメモリ境界を設定する必要があります。

例として、1 メガバイト (1,000 キロバイト) のRAMを備えた架空の小規模システムを見てみましょう。ブート プロセス中に、架空のコンピューターのオペレーティング システムは、オペレーティング システム自体のニーズを満たすのに十分なメモリを割り当てます。オペレーティング システムを実行するには 300 キロバイトが必要だとします。ここで、オペレーティング システムは RAM プールの一番下に移動し、コンピューターのハードウェア サブシステムを制御するために必要なさまざまなドライバー ソフトウェアの構築を開始します。私たちの想像上のコンピューターでは、ドライバーは 200 キロバイトを占有します。したがって、オペレーティング システムが完全にロードされると、アプリケーション プロセス用に 500 キロバイトが残ります。

アプリケーションがメモリにロードされ始めると、オペレーティング システムはアプリケーションにメモリ量を割り当てます。次のアプリケーションが起動すると、オペレーティング システムは、最新のアプリケーションを実行するのに十分なメモリを確保するために、開いている他のアプリケーションからメモリを割り当てます。それが保証されたとしても、より大きな問題は、500 キロバイトのアプリケーション スペースがいっぱいになった場合にどうするかということです。

ほとんどのコンピューターでは、元の容量を超えてメモリを追加できます。たとえば、コンピュータの RAM を 8 ギガバイトから 16 ギガバイトに拡張するとします。しかし、アプリケーションがメモリに保存する情報のほとんどは、どの瞬間にも使用されていません。プロセッサは一度に 1 つのメモリ位置にのみアクセスできるため、RAM の大部分はいつでも未使用になります。使用されている部品に常に対応するオペレーティング システム。これにより、各プロセスに独自のスペースが与えられ、プロセスが相互に破損するのを防ぎます。この技術は、仮想メモリ管理と呼ばれます。

ディスク ストレージは、オペレーティング システムで管理する必要があるメモリ タイプの 1 つにすぎず、最も遅いメモリ タイプでもあります。コンピュータ システムのメモリの種類を速度の順にランク付けすると、次のようになります。

オペレーティング システムは、さまざまなプロセスのニーズとさまざまな種類のメモリの可用性のバランスをとり、プロセスのスケジュールに従って使用可能なメモリ間でデータを移動する必要があります。

デバイス管理

オペレーティング システムと、コンピューターのマザーボード上にない実質的にすべてのハードウェアの間のパスは、ドライバーと呼ばれるものを経由します。ドライバーの機能の多くは、ハードウェア サブシステムの電気信号と、オペレーティング システムおよびアプリケーション プログラムの高レベル プログラミング言語の間の変換器として機能します。ドライバーは、オペレーティング システムがファイルとして定義したデータを取得し、ストレージ デバイス上の特定の場所に配置されるビットのストリーム、またはプリンターの一連のレーザー パルスに変換します。

ハードウェアには大きな違いがあるため、ドライバー プログラムの機能にも違いがあります。ほとんどはデバイスが必要なときに実行され、他のプロセスとほぼ同じように機能します。オペレーティング システムは、ハードウェア リソースをできるだけ早く解放してさらに使用できるようにするために、優先度の高いブロックをドライバーに頻繁に割り当てます。

ドライバーがオペレーティング システムから分離されている理由の 1 つは、オペレーティング システム自体の変更、再コンパイル、再配布を必要とせずに、新しい機能をドライバー (つまりハードウェア サブシステム) に追加できるためです。多くのドライバーは、オペレーティング システムの発行元ではなく、サブシステムの製造元によって作成または支払われます。これにより、システム全体の入出力機能を更新および強化する機会が得られます。

オペレーティング システムの発行元は、コンピューターを更新するためのデバイス ドライバーも作成します。 Windows と macOS 用の最新ドライバーは、それらをリリースしている収益性の高い大企業から提供されることを期待するのが簡単ですが、Linux マシンやその他のオープンソース OS は、多くの場合、時間とコーディング スキルをボランティアで提供してくれるコミュニティ内の開発者に依存しています。システムおよび周辺機器のドライバーを提供します。

入出力の管理は主に、デバイス (おそらくキーボードやシリアル ポート) からビットのストリームを取得する特別なストレージ機能の管理の問題であり、それらのビットを保持し、プロセッサが対応できる速度でプロセッサに解放します。 。この機能は、多くのプロセスが実行されてプロセッサ時間を占有している場合に特に重要です。バッファは、デバイスからの入力の取得を継続しますが、入力を使用するプロセスが一時停止されている間、プロセッサへのデータの送信を停止します。その後、入力を必要とするプロセスが再びアクティブになると、オペレーティング システムはバッファにデータを送信するように命令します。このプロセスにより、プロセッサが外部ユーザーやコンピュータからの入力を使用できない場合でも、キーボードやモデムが外部ユーザーやコンピュータを高速に処理できるようになります。

コンピュータ システムのすべてのリソースを管理することは、オペレーティング システムの機能のほとんどを占め、リアルタイム オペレーティング システムの場合は、実質的に必要なすべての機能を管理できる可能性があります。ただし、他のオペレーティング システムの場合は、アプリケーションと人間がハードウェアの能力を使用するための比較的シンプルで一貫した方法を提供することが、オペレーティング システムの存在理由の重要な部分です。

アプリケーション プログラム インターフェイス

ドライバーが、ハードウェアの動作の詳細を知らなくてもアプリケーションがハードウェア サブシステムを利用できる方法を提供するのと同様に、(API) を使用すると、アプリケーション プログラマーは、アプリケーションの詳細をすべて直接追跡することなく、コンピューターとオペレーティング システムの機能を使用できます。 CPUの動作。データを保持するためのハードディスク ファイルを作成する例を見て、これがなぜ重要であるかを見てみましょう。

科学機器からのデータを記録するアプリケーションを作成するプログラマーは、科学者が作成するファイルの名前を指定できるようにしたい場合があります。オペレーティング システムには、ファイルを作成するためのMakeFileという名前の API 関数が提供されている場合があります。プログラムを作成するとき、プログラマは次のような行を挿入します。

この例では、この命令は、データへのランダム アクセスを許可するファイルを作成するようにオペレーティング システムに指示します (1 で示されます。シリアル ファイルの場合は、他のオプションは 0 になる可能性があります)。ファイルにはユーザーが入力した名前が付けられます ( %Name) で、ファイルに保存されているデータの量に応じてサイズが変わります (2 で示されます。他のオプションは、固定サイズの場合は 0、データが追加されると増加しないファイルの場合は 1 になります)データが削除されると縮小します)。ここで、命令を実行するためにオペレーティング システムが何を行うかを見てみましょう。

オペレーティング システムは、ディスク ドライブにクエリを送信して、最初に利用可能な空きストレージの場所を取得します。

この情報を使用して、オペレーティング システムは、ファイルの開始位置と終了位置、ファイル名、ファイルの種類、ファイルがアーカイブされているかどうか、どのユーザーが参照または変更する権限を持っているかを示すエントリをファイル システムに作成します。ファイル、およびファイルの作成日時。

プログラマは、ディスク ストレージ用の API を使用するプログラムを作成しているため、プログラマは、考えられるすべてのハード ディスクおよびテープ ドライブの命令コード、データ タイプ、および応答コードを把握しています。オペレーティング システムは、さまざまなハードウェア サブシステムのドライバーに接続されており、ハードウェアの変化する詳細を処理します。プログラマは API のコードを記述するだけで、残りの作業はオペレーティング システムに任せることができます。残念ながら、API を介してソフトウェアにアクセスすると、アプリケーションを有効に使用したり、場合によってはコンピュータへの他のアクセスを取得したりすることになります。これは API が悪いという意味ではありませんが、開発者は脆弱性の作成を避け、脆弱性が見つかった場合はパッチを適用する必要があります。

それでも、API は近年のコンピューター業界で最も重要なものの 1 つとなっています。企業は、自社の API を使用するプログラマーが最終的には業界の特定の部分からこれを翻訳することになることを認識しています。開発者は、リーダーやビューアなどのアプリケーションを無料で一般に提供すると、消費者のソフトウェアの使用が促進されることを知っていますが、消費者が要求する機能を自社のソフトウェアで提供できるようにするために、他の開発者がロイヤルティを支払うことを期待する場合もあります。他にも多くの人がそれらを公開しています。

ユーザーインターフェース

API がアプリケーションがコンピュータシステムのリソースを使用するための一貫した方法を提供するのと同じように、ユーザー インターフェイス(UI) はユーザーとコンピュータ間の対話に構造をもたらします。過去 10 年間、ユーザー インターフェイスの開発はほぼすべてグラフィカル ユーザー インターフェイス(GUI) で行われ、Apple の macOS と Microsoft の Windows が最も注目を集め、市場シェアの大部分を占めました。

Linux のほとんどの () ディストリビューションには GUI が含まれています。 GUI ベースの Linux ディストリビューションの場合、ディストリビューションをリリースする組織がオペレーティング システム用の を選択します。ただし、Linux ユーザーは必要に応じて決定することができます。 Cinnamon、GNOME、KDE、Xfce は、Linux でよく使用されるデスクトップ環境です。

UNIX は、GUI よりも柔軟で強力な 、つまりシェルと関連付けられることがよくあります。シェル インターフェイスはテキストのみであり、 typed を使用する必要があるため、ポイントしてクリックすることに慣れているユーザーにとっては威圧的になる可能性があります。および は重要なユーティリティを追加するテキストベースのインターフェイスですが、その主な目的はユーザーがオペレーティング システムの機能を簡単に操作できるようにすることです。ただし、UNIX ユーザーも GUI を使用できます。開発者にとっての利点の 1 つは、一度にウィンドウを開いて複数の作業を同時に行えることです。

Windows、macOS、Linux はすべて、コマンド ラインにアクセスしたい、またはアクセスする必要があるユーザー向けに、シェル アプリケーションまたはターミナルアプリケーションを提供します。

これらすべての例において、ユーザー インターフェイスは、オペレーティング システム自体の上の層として位置するプログラムまたはプログラムのセットであることを覚えておくことが重要です。オペレーティング システムの中核機能、つまりコンピュータ システムの管理は、 にあります。オペレーティング システムのカーネルとユーザー インターフェイス、ユーティリティ、その他のソフトウェアとの関係は、今日のオペレーティング システムの違いの多くを定義しており、将来的にはさらにその違いを定義することになります。

オペレーティングシステムの開発

デスクトップ システムにとって、ネットワークへのアクセスは非常に期待されている機能となっているため、他のコンピューターやサーバーへの接続を参照せずにオペレーティング システムを語ることは、多くの点で困難です。オペレーティング システムの開発者は、重要なオペレーティング システムのアップデートやバグ修正を提供するための標準的な方法としてインターネットを採用しました。これらのアップデートをDVDまたはフラッシュ ドライブ経由で受信することも可能ですが、それはまれになってきています。

オペレーティング システムの将来に関する 1 つの疑問は、企業と消費者が一緒に使用できるオペレーティング システムを作成するソフトウェア配布の特定の哲学の能力に関するものです。

Linux は、 に従って作成および配布されたオペレーティング システムであり、オペレーティング システム全般に大きな影響を与えています。ほとんどのシステム、ドライバー、ユーティリティ プログラムは、ソフトウェアの実行可能バージョン(通常は調査や変更ができないバージョン、別名クローズド ソース) を配布する営利組織によって作成されています。オープンソースでは、研究、改変、構築が可能なオリジナルのソース資料を配布する必要があり、結果は再び自由に配布されます。デスクトップ コンピュータの分野では、これにより、画像操作プログラム、人気のオフィス スイート、人気の Web サーバーなど、無数の便利なアプリケーションが開発および配布されてきました。

携帯電話などの多くの消費者向けデバイスは、オペレーティング システムへのアクセスを意図的にユーザーから隠していますが、これは主に、不注意で破損したり削除されたりしないようにするためです。多くの場合、「開発者モード」または「プログラマ モード」は、見つけられれば変更できるように開いたままになっています。多くの場合、これらのシステムは、限られた範囲の変更しかできないようにプログラムされていることがあります。