ソフトウェアの種類

ソフトウェア

応用ソフトウェア

（アプリケーション）

システム

ソフトウェア

基本ソフトウェア (オペレーティングシステム)

制御プログラム 言語プロセッサ サービスプログラム

ミドルウェア

DBMS GUI 情報セキュリティ

(暗号化など)

ハードウェアの抽象化

• 動作に微妙に差異があるハードウェア

–製造元

–機種，バージョン，ロット

• 構成する部品・チップ

• ハードウェアを統一的で単純化

–部品の種類・型・方式

–応用ソフトウェアの開発を容易に

処理能力

• Throughput：単位時間当たりの仕事量

• 応答時間

– Turnaround Time：バッチ処理での

• CPU時間＋入出力時間＋処理待ち時間

– Response Time：オンライン処理

• 入力終了から出力を始めるまでの時間

信頼性

• Reliability(「狭義の｣信頼性) – 故障のしにくさ (MTBFが10年) – 平均故障間隔 ：Mean Time Between Failure

• Availability(可用性) – 稼働率の高さ，障害発生時の修復速度， – 停止時間の短さ（稼働率99.999%=1年で9時間弱)

• Serviceability(保守性) – 修理時間の合計÷故障回数 – Mean Time To Repair (MTTR)

• Integrity(保全性) – データの破壊や不整合への耐性

• Security(安全性) – 外部からの侵入・改ざん，機密漏えいへの耐性

プロセス管理

システムプロセス

モニタ

ユーザ1

リード

子

ユーザn

ジョブ管理

Job_1

Task1-1

Task1-2

Job_m

I/O コマンド管理

JobとTask

• Job ：仕事の単位(ユーザ)

• Task ：仕事の単位(システム)

システム ユーザ

Job

Job Step 1 Task1-1

Job Step 2 Task2-1

Task2-2

Job Step3

OSの構成

OS

制御 プログラム

ジョブ管理

タスク管理

データ管理

通信制御

処理 プログラム

言語処理

ユーティリティ

応用

Job Management

• 主記憶装置に常駐

– JobとJob Stepの実行を制御

– Master Scheduler

• オペレータとシステム間の情報交換

– Job Scheduler

• Job実行のスケジュール

リーダ

イニシエータ

ジョブ実行

ターミネータ

ライタ

入力ジョブ待ち行列

出力ジョブ待ち行列

タスク管理

Task

実行可能状態

実行状態 待ち状態

タスク生成

入出力待機

ディスパッチング

優先順位の低下

タスク終了

Task Management

• Dispatching：CPU使用権限

–優先度方式

– ラウンドロビン方式

• 割り込み処理

–内部割り込み

–外部割り込み

• スプーリング

–入出力データなど

ディスパッチング

• 優先度 – FIFO (First in First out) : Queue

– LIFO (Last in First out) : Stack

– SPT (Shortest Processing Time)

– EDD (Earliest Due Date)

• ラウンドロビン (Round - robin) –実行中でもCPU時間を開放

• マルチタスク –複数のタスクを切り替え

割り込み処理

• タスクを中断して他のタスクを実行

• 内部割り込み –プログラム割り込み：エラー処理など

–スーパバイザコール：CPUのモード切替など

• 外部割り込み –機械チェック割り込み：

ハードウェアエラーなど

–入出力割り込み：入出力完了など

– タイマー割り込み：時間設定

スプーリング(Spooling)

• CPUと入出力装置の時間ギャップ

–入出力データをバッファリング

• キャッシュに近い工夫

–プリンタや通信機器などに多い

記憶の概念構造

• 実際に搭載される記憶と違う

–仮想記憶 (Virtual Memory)

• 実際よりも仮想的に多いメモリ

ハードウェア 基本ソフトウェア 応用ソフトウェア

主記憶装置 実記憶 ソフトウェアの

記憶領域

補助記憶装置

仮想記憶

ファイル領域 ファイル領域

OSの実記憶管理

• 区画方式：主記憶を区画に分割

固定 可変

プログラムA プログラムA

プログラムB

プログラムB

プログラムC

プログラムC

無駄

区画

主記憶の断片化

• フラグメンテーション (Fragmentation) • プログラムの実行と終了

主記憶

プログラムA

プログラムB

プログラムC

主記憶

プログラムA

プログラムC

終了 プログラムD

実行する余裕がない

断片化の解消

• Garbage collection

主記憶

プログラムA

プログラムC プログラムD

主記憶

プログラムA

プログラムC

ガベージコレクション

連続した空き領域を確保

仮想記憶管理

• 動的アドレス変換

–仮想アドレス (または論理アドレス)

–実アドレス (または物理アドレス)

• 実現手法

–ページング方式

–セグメント方式

物理アドレス空間

ページング方式

1. 記憶領域をページ単位に分割 – 512～8192byte（4KBが一般的）

2. 実行に必要なページ – 実記憶に読み込む (Role-in)

3. 主記憶に空きスペースがない場合 – 置き換えページを決定

4. 実行に必要のないページ – 補助記憶に退避(Role-out)

5. 2．に戻る．

３．置き換えページの決定

• FIFO (First in First out)

–実記憶上で最も古くから存在するページ

• LIFO (Last in First out)

–最後に参照されたページ

• LRU (Least Recently Used)

–未参照時間の最も長いページ

• LFU (Least Frequently Used)

–参照頻度の最も少ないページ

セグメント方式

• 必要なプログラムやデータ

–主記憶に読み込む(Role-in)

• 不要なプログラムやデータ

–補助記憶装置に退避(Role-out)

• セグメントとして管理

–実記憶上に連続した領域として

– フラグメンテーション問題は起こる

• ページ化セグメンテーション

ファイル管理

• ディレクトリ／フォルダ階層

– UNIX系OSとそれに倣ったOS

/

bin etc var home

1055341t 1034992t

ルートディレクトリ

ファイル

ファイル位置の指定

• 絶対パス：ルートディレクトリからの位置 • 相対パス：カレントディレクトリからの位置

– カレントディレクトリ：現在注目しているディレクトリ

/

var home

1055341t 1034992t

hoge.docx

カレント

–絶対パス指定 /home/1055341t/hoge.docx

–相対パス指定 ../home/1055341t/hoge.docx