OSの役割

抽象化を提供する#

生のハードウェアは扱いにくい。 OS が扱いやすい抽象を用意する。

生のハードウェア	OS の抽象
CPU の時分割	プロセス
物理メモリ	仮想アドレス空間
ディスクのブロック	ファイル
ネットワークカード	ソケット
各社の周辺機器	統一されたデバイスインタフェース

アプリケーションが機種ごとの差異を意識しなくてよいのは この抽象化のおかげ。

資源を管理する#

有限の資源を複数のプロセスに配分する。

資源	方針
CPU 時間	スケジューリング
メモリ	ページ置き換え
ディスク帯域	I/O スケジューラ
ネットワーク	輻輳制御、QoS

保護する#

• プロセス間でメモリを覗けない
• ファイルの権限
• 特権命令の制限

スケジューリング#

どのプロセスをいつ CPU に載せるか。 目的が複数あり、同時には満たせない。

目的	適する方式
スループット	バッチ処理、切り替えを減らす
応答性	タイムスライスを短く
公平性	ラウンドロビン、CFS
期限の保証	リアルタイムスケジューラ

Linux の CFS は「各プロセスが CPU を等しく使う」理想を 仮想実行時間で近似する方式。 Linux 6.6 以降は EEVDF に置き換えられた。

カーネルの構成#

方式	内容
モノリシック	すべてカーネル空間。速いが大きい。Linux
マイクロカーネル	最小限だけカーネル。堅牢だが通信コスト。QNX、seL4
ハイブリッド	中間。Windows NT、XNU (macOS)

参考文献#

• Remzi H. Arpaci-Dusseau, Andrea C. Arpaci-Dusseau. Operating Systems: Three Easy Pieces. Arpaci-Dusseau Books, 2018.（全文公開） https://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSTEP/
• Andrew S. Tanenbaum, Herbert Bos. Modern Operating Systems, 4th ed. Pearson, 2014.