１． ＯＳ概論

２． ＯＳのサービス

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ＯＳとは？

• ハードウェアとユーザプログラムの間に位置するプログラム

• 目的

–ユーザに使い勝手のよい環境の提供：

• 拡張マシン：ユーザに見えるのは，裸のマシンではなく，

ＯＳを通した姿

–ハードウェア資源の効率のよい管理

• プロセッサ，メモリ，ディスク，ネットワークインタフェース，入出力装置（マウス,キーボード，ディスプレイ，．．．）

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計算機

ハードウェア

オペレーティングシステム

応用プログラム

（コンパイラ，アセンブラ，エディタ，データベース，．．．）

ユーザ

図 計算機システム 3

ＯＳの歴史

• ＯＳの歴史

–計算機アーキテクチャの世代と対応

• 第一世代（１９４５－５５）：真空管と配線盤

• 第二世代（１９５５－６５）：トランジスタとバッチシステム

• 第三世代（１９６５－８０）：ＩＣとマルチプログラミング

• 第四世代（１９８０－現在）：パーソナルコンピュータ

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第一世代（１９４５－５５）： 真空管と配線盤

• 機械的なリレーを用いていた．

• 巨大で部屋一杯を占領．

• 当初：裸のマシンをユーザが使用

• プログラミング：

–機械語（アセンブリ言語なし）

–制御：配電盤の配線の組み直し

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第二世代（１９５５－６５）： トランジスタとバッチシステム（１）

• トランジスタの導入

• 計算機の販売促進

• 操作：専用のオペレータ

• プログラミング： – アセンブリ言語，高級言語（FORTRAN）

• 入力方式：カードにパンチ

• オペレータの仕事： – プログラムカードからプログラムを入力する．

– プログラムを実行させる

– 出力結果（プリンタ用紙）をユーザに渡す．

– 歩き回る時間が多い．

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第二世代（１９５５－６５）： トランジスタとバッチシステム（２）

• デバイスドライバの登場

–入出力制御用プログラムを予めシステムに常駐

• バッチシステムの登場（図 参照） –オペレータの歩き回る時間の短縮

–同じプログラミング言語のプログラムをまとめる．

– コンパイラのロード時間の短縮

• 入力ジョブの実行の自動化

–ジョブ制御言語（Job Control Language）の登場（図 参照）

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カード

リーダ

テープ

装置

１４０１計算機

プリンタ テープ

装置

１４０１計算機

入力テ

ープ装置

７０９４計算機

出力テ

ープ装置

システム

用テープ

装置

初期のバッチシステム

入力処理 計算 出力処理

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$LOAD

$END

$RUN

$FORTRAN

$JOB, Akira Fukuda Fortran プログラム

データ

ＦＭＳジョブ（ジョブ制御言語）

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第三世代（１９６５－８０）： ＩＣとマルチプログラミング

• １９６０年代初頭まで： – ２つのタイプの計算機が存在

• 互換性がない

– タイプ • 科学技術計算用：ワード指向，大規模，高速計算

• 商用計算機：キャラクタ指向で，データのソートや印刷

• ２つのタイプの統合 – ＩＢＭのＳｙｓｔｅｍ／３６０

– 集積回路（ＩＣ）を用いた最初の計算機

– トランジスタを個別に組み合わせた第二世代計算機よりも価格性能比が優れる

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第三世代（１９６５－８０）： ＩＣとマルチプログラミング（１）

• ＯＳ／３６０の登場

– System/360用のＯＳ

–巨大で複雑（数百万行）

• マルチプログラミングの登場

–今まで（７０９４）は，入出力待ちでＣＰＵはアイドルになるだけ

– １つのジョブしかメモリに同時には格納できない

–解決策：

• メモリを分割して，複数のジョブを格納（図 参照）

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ジョブ１

ジョブ２

ＯＳ

メモリ

複数ジョブのメモリへの割り当て，マルチプログラミング

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第三世代（１９６５－８０）： ＩＣとマルチプログラミング（２）

• 入出力の効率化

–ディスクの登場

–プログラムをディスクに格納

–計算機との入出力は，ディスク

–スプーリング

• 応答時間の短縮

– タイムシェアリングシステムの登場

–複数のユーザが（あたかも）同時に使用できる仕掛け

–最初のシステム：ＣＴＳＳ（Compatible Time Sharing System）

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第三世代（１９６５－８０）： ＩＣとマルチプログラミング（3）

• MULTICS OS – 多様な処理，巨大で複雑

– 多くのアイデア：例 リングを用いた保護，単一仮想アドレス空間など

– 商業的には失敗？

• ＵＮＩＸの登場 – MULTICSからの反省

– 多様な版： • ＢＳＤ（カルフォルニア大学バークレイ校）

• System V(AT&T)

– POSIX: UNIXの標準化（組織：ＩＥＥＥ）

• Linuxの登場 – フィンランドの学生(Linus Torvalds)

– 開発スタイルの変化

• 世界中に公開して，大勢で開発・修正

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第四世代（１９８０－現在）： パーソナルコンピュータ

• ＣＰ／Ｍ

–当初Intel 8080用のＯＳ，テスト用

–ディスクベースのＯＳ

• MS-DOS

–マイクロソフト

• Windows

– GUIベース

– Windows95,９８，２０００，．．．

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ＯＳの種類

• メインフレーム用ＯＳ

• サーバ用ＯＳ

• マルチプロセッサ用ＯＳ

• ＰＣ用ＯＳ

• リアルタイム用ＯＳ

• 組み込み用ＯＳ

• スマートカード用ＯＳ

– スマートカード：ＩＣチップを埋め込んだカード，ＩＣカード

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システムコール

• システムコールとは？ – ＯＳがユーザに提供するサービスのこと

– ユーザからは関数呼び出しに見える． • 関数呼び出しとの違い

– 関数呼び出し：同じアドレス空間

– システムコール：ユーザ空間からカーネル空間へ切り替わる

• システムコールの種類 – プロセス管理

– メモリ管理

– ファイルシステム

– その他

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プロセス管理

• プロセスの生成，終了

• プロセス間の同期

• 情報取得

■ＰＯＳＩＸの例

pid = fork(); プロセスの生成，返り値(pid)：親には， 子プロセスのID番号，

子には，０

s = execve(name, argv, environp)；プログラムのロード，実行

pid = waitpid(pid, &statloc,options)；指定したプロセスを待つ

exit(status)：プロセスの終了

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ファイル管理

• ファイルのオープン，クローズ

• ファイルの読み書き

• ファイルポインタの移動

• ファイルの情報取得

■ＰＯＳＩＸの例

fd = open(file, how, ..)；ファイルのオープン

s = close(fd)；ファイルのクローズ

n = read(fd, buffer, nbytes；ファイルの読み出し

n = write(fd, buffer, nbytes)：ファイルへの書き込み

position = lseek(fd, offset, whence)；ファイルポインタの移動

s = stat(name, &buf)；ファイル情報の獲得

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ファイルのディレクトリ管理

• ディレクトリの作成，削除

• リンク

• マウント関係 – ファイルシステムの連結

■ＰＯＳＩＸの例

s = mkdir(name, mode)；ディレクトリの生成

s = rmdir(name)；ディレクトリの削除

s = link(name1, name2)；リンク

s = unlink(name)：アンリンク

s = mount(special,name, flag)；ファイルシステムのマウント

s = unmount(special)；ファイルシステムのアンマウント

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その他のシステムコール

• 作業ディレクトリ（working directory）の変更

• 保護モードの変更

• プロセスの強制終了

• ‥

■ＰＯＳＩＸの例

s = chdir(dirname)；作業ディレクトリの変更

s = chmod(name, mode)；ファイルの保護属性の変更（読み出し，書き込み，実行） s = kill(pid, signal)；プロセスの強制終了

second = time(&second)：時刻の取得（1970.1.1からの経過時間）

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UNIX Win32 説明

fork CreatProcess プロセスの生成

waitpid WaitForSingleObject プロセスの待ち

execve 対応なし プログラムの上書き＝fork + execve

exit ExitProcess プロセスの終了

open CreateFile ファイルのオープン，または生成

close CloseHandle ファイルのクローズ

read ReadFile ファイルの読み出し

write WriteFile ファイルの書き込み

lseek SetFilePointer ファイルポインタの移動

stat GetFileAttributesEx ファイル属性の取得

ＵＮＩＸシステムコールとWin32関数（Windows）の対応表（１）

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UNIX Win32 説明

mkdir CreateDirectory ディレクトリの作成

rmdir RemoveDirectory ディレクトリの削除

link 対応なし Win32は，リンクをサポートしていない

unlink DeleteFile 既存ファイルの削除

mount 対応なし Win32は，マウントをサポートしていない

unmount 対応なし Win32は，マウントをサポートしていないchdir

chdir SetCurrentDirectory 現在の作業ディレクトリの変更

chmod 対応なし Win32はセキュリティのサポートなし（但しNT

はあり）

kill 対応なし Win32は，シグナルのサポートなし

time GetLocalTime 現在時刻の取得

ＵＮＩＸシステムコールとWin32関数（Windows）の対応表（２）

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