オペレーティングシステム (OS の機能と構造 )

オペレーティングシステム(OSの機能と構造) 2006年10月2日酒居敬一(sakai.keiichi@kochi-tech.ac.jp) http://www.info.kochi-tech.ac.jp/k1sakai/Lecture/OS/2006/

連絡先 • 酒居 • 居室: A468 • メイル: sakai.keiichi@kochi-tech.ac.jp • TA(小糸君) • メイル: 105406m@gs.kochi-tech.ac.jp 専門科目演習日程 • 部屋 A-WSかA107（不定期なので直前の講義で知らせます) • 演習候補日月・木2時限目、木５時限目 • 教科書を必ず持ってくること。

コンピュータのハードウェア • CPU • メモリ • システムデバイス（チップセット、スーパーI/O） • 外部記憶装置（HDD、FDD、USBメモリ） • 通信装置（イーサネット） • 入力装置（キーボード、マウス、タブレット、カメラ） • 表示装置（ビデオカードとディスプレイ）

[Intel, 2003]

ルネサスSH2/7144 • CPU • RAM • ROM • Timer • Serial • A/D Converter [RENESAS, 2003]

制御プログラムとしてのOSのはじまり OSが無ければ… • ハードウェアをすべて制御しなければならない。 • ファイル操作どころか、キー入力すらままならない。 • 異なるアプリケーションを使えない。 • 共通のインターフェースがないから。 • ハードウェア構成を変えられない。 • プログラムの改造しかないけど、それは困難。共通の下地を作れば…

OSの位置付け ユーザーアプリケーションソフトウェア共通のインターフェースを提供オペレーティングシステム抽象化ハードウェア

OSの基本概念(2ページ) • CPUの抽象化 • プロセスとスレッド • メモリの抽象化 • 仮想記憶 • デバイスの抽象化 • ファイルシステム • ネットワークの抽象化 • ソケット　　　　　　　→　仮想計算機を提供

OSの構成(13ページ) • カーネル • デバイスドライバ(割込み・入出力・タイマ管理) • 記憶管理 • プロセス管理(生成・消滅・スケジュール) • 同期と通信制御 • ファイルシステム • 管理コマンド • 利用者管理 • ユーザーインターフェース

タスクとジョブ • タスクはコンピュータからみた仕事の単位 • シングルタスクOS • ひとつのタスクしか扱わないOS • マルチタスクOS • 複数のタスクを扱えるようにしたOS • ジョブは人間からみて目的のある一区切りの仕事 • シングルジョブ • シングルタスクOSでもマルチタスクOSでも処理できる • マルチジョブ • マルチタスクOSでないと処理できない

プロセスはプロセッサを抽象化 • プロセスどおしは互いに影響を及ぼさないほうがよい • デバイスはカーネルの管理下に置きたい

OSの構成法(18ページ) • 情報隠蔽 • モジュール化あるいはカプセル化 • 方針と機構の分離 • スケジューラとディスパッチャ • ページ管理とページング • 階層化

情報隠蔽の例 struct file_operations { struct module *owner; loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); ssize_t (*read) (struct file *, char *, size_t, loff_t *); ssize_t (*write) (struct file *, const char *, size_t, loff_t *); int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t); unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long); int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); int (*open) (struct inode *, struct file *); int (*flush) (struct file *); int (*release) (struct inode *, struct file *); int (*fsync) (struct file *, struct dentry *, int datasync); int (*fasync) (int, struct file *, int); int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *); ssize_t (*readv) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *); ssize_t (*writev) (struct file *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t *); ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int); unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long,unsigned long); };

モノリシックカーネル(20ページ) • ユーザープログラムからシステムコールによりカーネル内の処理を呼ぶ。 • カーネル内部はモジュール化されている。 • ひとつのプログラムとしてリンクされている。 • 不要なものまで含んでいるため、巨大になる。 • モジュール間は関数呼び出しである。 • オーバーヘッドが少ない。 • デバイスドライバの変更＝カーネルの再構成 • 最近は Loadable Kernel Module という機構がある。 • DLLと同じように、動的にオブジェクトファイルをリンクする

マイクロカーネル(21ページ) • カーネルに実装される処理は必要最低限。 • モジュールはシステムサーバーとして実装。 • 各機能は各々プロセスとして実現される。 • モジュールが分離していてシステム設計が容易。 • モジュール間はプロセス間通信である。 • オーバーヘッドが多い。 • デバイスドライバの変更≠カーネルの再構成 • 機能変更や拡張が容易。

タスクとユーザー • マルチタスク・マルチユーザー • 複数の人が同時に並行処理を行うことができる。 • いわゆるUNIX系のOS。 • マルチタスク・シングルユーザー • 利用者という概念がない。並行処理はできる。 • 初期のWindows。組み込み用RTOS。 • シングルタスク・シングルユーザー • 利用者という概念がない。単一処理しかできない。 • PC用ではWindowsより前、DOSなど。

ハードウェアのリセット処理によりプロセッサが働き始める。つまり、リセットベクタで指定されたプログラムを実行するハードウェアのリセット処理によりプロセッサが働き始める。つまり、リセットベクタで指定されたプログラムを実行する初期化中稼動状態電源オン POST I/Oのチェックメモリチェック初期化ブートストラップ IPL OS IPLを読み込むコマンドインタプリタ OSを読み込みシステムタスクとして稼動ユーザ・タスク1 ユーザ・タスク2 OSの初期化終了後、コマンド・インタプリタを起動ユーザーからのコマンドを処理するユーザ・タスクｎ

オペレーティングシステム (OS の機能と構造 )

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