オペレーティングシステム（OS）

簡単にいうと…

オペレーティングシステム（OS）とは

　コンピュータの運用管理を司りユーザーインターフェースを提供する

プログラムの総称です。

たんに「OS」と呼ばれています。

詳しくいうと…

OSとは、コンピュータにおける司令官役のプログラムで、Windows OSやMac OS、iOSやAndroidなどのことです。

ほかにも、サーバー向けだとLinuxやWindows Serverなどがあります。

ハードウェアやファームウェアの上で、アプリケーションソフトを動かすことが主な役割になります。

OSの機能

カーネル

そんなOSのなかでも、特に中核となるプログラムをカーネルといいます。

カーネルには以下４つの主要機能があります：

　　①プログラム実行

　　　（プロセス管理）

　　②メモリ管理

　　③ファイル管理

　　④デバイス管理

１つひとつ見てゆきましょう。

①プログラム実行（プロセス）

なんといっても、カーネルはアプリケーションソフトのプログラムを実行することができます。

どんなプログラムも、実行するには専用の実行環境が必要ですが、汎用的なソフトの場合、対応OSさえ用意できればそのOS上で実行可能です。

さて、OS内のカーネルは、プロセスと呼ばれる単位でプログラムを実行します。

このプロセス単位で、カーネルは、使ってもいいメモリをそのプロセスに都度割り当て、プロセス間の通信を仲介し、CPUへプロセスの処理を依頼します。

また、このプロセスを単位とすることで、同時に実行されている複数プログラムの複数プロセスを並列処理（マルチプロセス）させることも可能です。

OSは何十何百ものプログラムをつねに実行しています。ユーザーがクリックして起動したアプリ以外にも、OS自体のサブプログラムや、OS起動時に自動実行するプログラムなど、ユーザーが知らないうちに起動しているバックグラウンドプロセスがたくさんあります。

カーネルは、そのような数多のプロセスをつねに監督し、メモリやCPUが窒息してしまわないよう優先度に沿ってこれらプロセスにハードウェアを使わせているのです。

②メモリ管理

いま触れたように、カーネルはメモリ容量をつねにチェックし、実行中のプログラム（プロセス）それぞれのメモリ割り当て量を調整しています。

それでも、メモリ容量が使い尽くされてしまうような場合はどうするのでしょう？

この場合、カーネルの判断で、従来はメモリが行なうべきCPUの一次記憶役を、しばしの間HDD/SSD（補助記憶装置）に肩代わりさせて急場をしのいでいます。これをスワッピングと呼びます（swap=交換する）。

③ファイル管理

エクスプローラ（Windows）やfinder（MacOS）のアプリを開くと、ディスク（HDD/SSD）に格納されているデータが階層構造で表示されますね。

OS上でデータをディスクへ格納する方式を、ファイルシステムと呼びます。

ファイルシステムにはFAT（File Allocation Table：ファイル割り当て表）やNTFS（NT File System：NTファイルシステム）などの種類があります。

ファイルシステムの実態は、格納されているデータ名の一覧です。たんなる文字データの一覧ではなく、構造化されたリストであるため、ファイル群が階層構造で表示されたり、拡張子やデータ容量などをキーワードに検索をかけられたり、アクセス権の制御ができたり、といった色んな工夫が可能です。

カーネルは、HDD/SSDに対するアクセス制御の際、このファイルシステムとも密接に連携をしています。

④デバイス管理

モニターやプリンタ、LANカードやサウンドカードなど、コンピュータに接続された周辺機器にOSがアクセス＆制御する際、デバイスドライバと呼ばれるプログラムが経由されます。

アプリがそれら周辺機器を利用するときは、アプリ⇒カーネル⇒デバイスドライバ⇒周辺機器という流れで制御が行なわれています。

たとえばアプリがモニターに何か表示したい場合、アプリがカーネルに要求し、その要求がディスプレイドライバに送られて、そうしてディスプレイドライバが実際の文字やピクセルの描画を行ないます。

ここでもカーネルは、アプリとハードウェアの間を仲介し、司令官役となっているわけです。

ユーザーインターフェース

OSは、カーネル以外にも多くの機能を備えています。

たとえばユーザーインタフェース。

コンピュータの言語は2進数です。けど人間は、「0101100…！」とコンピュータから言われても、何のことだかわかりません。

そこでOSが人間とコンピュータの間を仲介してくれます。この仲介には２つの方法があります。

1つ目は、CUI（Character User Interface）と呼ばれ、これはコンピュータが人間に指示を仰ぐ際、OSを介して主に英語で問いかけ、人間も英語をキーボード入力して回答することで、人間とコンピュータが対話形式で一緒に処理を実行してゆくやり方です。

2つ目は、GUI（Graphical User Interface）と呼ばれ、こちらはコンピュータの保持しているデータや設定情報などを、OSがアイコンやウィンドウなどの抽象（メタファー）によって表現し、人間はマウスやキーボードなどを介して処理を実行してゆくやり方です。

今日のOSはGUIベースが多いですが、サーバー用途などでは処理の軽量なCUIベースもまだまだ現役です。

こうしてあなたのパソコンやスマホでこのページをグラフィカルに見ることができるのも、OSのこのGUI機能のおかげなのでした。

ネットワーク

コンピュータ同士が通信するには、共通の言語が必要です。

その言語はTCP／IP（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）と呼ばれています。

OSはこのTCP／IPという言語をサポートしているため、他のコンピュータやスマホとも、有線・無線を介して通信することができています。

その通信によって、いまこうしてあなたの端末が、このWebページを管理しているWebサーバにアクセスすることができているわけです。

セキュリティとユーザー管理

パソコンやスマホが起動して、そのOS上のGUI画面が表れるとき、ユーザー認証が求められることがありますね。

OSは、自身のインストールされている端末にアクセスしても構わないユーザーの一覧情報を持っています。

それぞれのユーザー名は、それぞれの設定したパスワードや指紋、顔などの情報と紐づいています。

なのでユーザー名「アブラ」さんが、パスワード「カタブラ」を入力すると、このひとは端末を操作しても良いひとだと判断して、OSは彼／彼女のアクセスを許可しています。

以上で見たように、OSにはたくさんの機能があります。それら豊富な機能によって、今日もわたしたちのコンピュータライフを、わたしたちのすぐそばで、こっそりと支えているわけなのでした。

つまり…

オペレーティングシステム（OS）とは

　コンピュータの運用管理を司りユーザーインターフェースを提供する

プログラムの総称なわけです。

歴史のツボっぽくいうと…

<参考文献>（2019/09/21 visited）