OSの機能と構成とは？？初心者にも分かりやすく解説！

OSとは？

OSの役割を知ろう！

「Windows」「Mac」などのオペレーティングシステム（OS）は誰しもが一度聞いたことがあり、使っていると思います。しかし、OSの役割、構成、機能などについて知っている人は数少なく、専門分野であるIT系の人たちが利用する際に知識として学ぶことがほとんどでしょう。

つまり、一般の人にとっては解釈するのが簡単ではないことも確かです。そこで、できるだけ初期知識が少ない人にも分かりやすく説明します。

OSは大きく分類すると「ソフトウェア」ですが、複数の機能を持ったソフトウェアの仲介役として機能する基本的な部分の役割を担うソフトウェアです。尚、個別の機能を備えたソフトウェアの事はアプリケーションソフトウェアと呼ばれています。

OSは複数の役割や機能、目的があります。その１つとして挙げられるのが、操作の統一化です。

OSを利用することにより、ファイル、テキスト、など様々なデータ管理がどの用途でPCを利用しても、同じ手順（操作）で目的の機能を利用できるようになるということです。

更に、PCの基礎的な考え方として安全に快適なOSの基準として指標があります。その指標が「RASIS」と言います。

「RASIS」とはOSや様々なシステムの安全性や機能性の基準指標です。この指標により品質と信頼がユーザーに判断できる合格ラインのようなものです。

「RASIS」には、OSの信頼性、信用性、安全性、など多くの要素が含まれており、指標の主な内容は下記が含まれています。

○Reliability

信頼性という意味を示しています。

○Availability

稼働できることを意味しています。

○Serviceability

故障に対する復旧の速さを意味します。

○Integrity

誤作動やデータの破壊がないことを意味します。

○Security

機密性という意味を示します。

それぞれ代表的な指標の頭文字を繋げて「RASIS」と呼びます。機器、システム、などの良い総合的な評価の指標が「RASIS」です。読み方としては「レイシス」や「ラシス」と呼ばれる事もあります。

ハードウェアとソフトウェア

2つの要素を1つに集約しない理由

PCを動作させるためにはハードウェアとソフトウェアの2つがあることにより可能になります。PCを使うためには、その間をつなぐOSが必要不可欠になってきます。

基本的なソフトウェアに該当するOSを知るにはまず、ハードウェアとユーザーの関係について考える事が必要になります。ハードウェアとはマウスやキーボードなどの周辺機器の事です。

一方、ソフトウェアはPCの動作を行うためのプログラムのことです。コンピュータとは基本的にハードウェアの外部周辺機器と、ソフトフェアにプログラムの内部構成によって利用可能になります。

この様に別けて構成するのには理由があります。それは開発の促進の妨げにならないようにするためです。

仮にハードウェアとソフトウェアを同じ製品に組み込むとします。するとソフトウェアを開発するメーカーは目的の機能だけではなく、ハードウェアと連携をする部分についても独自に開発を行わなければいけません。

上記の方法ではメーカーの開発促進が低下し、利用者は特定のメーカーの「Aハードウェア」と「Bソフトウェア」でしか使用できない不便な状態になります。

双方ともに開発や目的達成以外の時間や労力が消耗し、PCを使うハードルが高くなってしまうデメリットがあります。

個別のソフトウェアについては、それぞれの機能の部分を受け持ち、ハードウェアを制御する部分については、誰でも参入できるようにハードウェアの制御技術を基準にしていくという考え方として統一されました。

そしてそのためのソフトウェアがOSです。

OSの構成

6つの構成

この項目でOS構成をまとめて説明します。具体的に構成を箇条書きすると以下です。

上記の内容を理解することでOSを理解することに繋がります。上記の内容を項目ごとに分けて解説していきます。

【ブートローダ】

ブートローダは2段階に分けられることが多く、PCの起動直後に自動起動する外部記憶装置のストレージからOSを読み出す役割を担います。

PCの起動に欠かせないのがブートローダで、一次はBIOSやEFI/UEFIの一部に記憶された小さなプログラムで、このブートローダの事を1次ブートローダと呼びます。

起動時の流れとしては「電源オン」「システムBIOS」「ブートローダ」「OS起動」の流れで作動します。

■ハードウェアの動作：「電源オン」と「システムBIOS」

■ソフトウェアの動作：「ブートローダ」と「OS起動」

上記のように2つの動作がPC起動時に行われます。

【カーネル】

ハードウェアとソフトウェアを繋ぐソフトウェアの中間管理の役割を担います。スケジュール、デバイス、メモリなどのソフトウェアの管理を行ないハードウェアに指示をします。

また必要最小限の機能にまとめたカーネルをマイクロカーネルと言います。「Mach（マッハ）」はマイクロカーネルの概念を取り入れた「カーネギー・メロン大学」が開発したUNIX系の分散OSです。

この「Mach（マッハ）」は、IT業界で有名なアップルが手掛けているMacintosh用のOSである「OS X」のカーネルとしても採用されています。

【デーモン】

UNIX系OSで常駐してメモリ上で役割が来た時に機能するプログラムです。語尾に「D」が付いているのが「デーモン」です。例えばシステムのログを記憶する「syslogd」を始め「httpd」や「ftpd」などのファイルがデーモンの一種です。

【シェル】

人間から出された指示をPCに分かるようにプログラムで伝えることができるのがシェルです。人間とカーネルの間で指示を伝える役目を担っています。人間とカーネルは直接指示をやり取りが出来ないため、「人間」は「シェル」に伝え「カーネル」に知らせてもらうイメージです。

【デスクトップマネージャ】

デスクトップマネージャとはデスクトップ環境とも呼ばれ、ツールバー、ファイル、背景画像などから成り立っています。画面表示でのPC操作環境が快適に行えるのはこのデスクトップマネージャのおかげです。

【アプリケーション】

アプリケーションは様々な情報やプログラミングを組み合わせ、OSの機能を拡張していく事ができ、PC操作が快適に使えるようにしてくれるようにプログラムされたソフトウェアです。

OS機能

5つの機能

【マイクロカーネル】

最小限の機能を備えたカーネルの事を示します。

【モノリシックカーネル】

主要な機能すべてを同じメモリ空間に置きながら実行が出来ます。マイクロカーネルの対義語と言われています。

【スーパバイザモード】

CPUの動作の１つとして認識されています。またの名を「カーネルモード」とも言います。タスクやメモリ管理の切り替えが行なえます。CPUが実行できる操作を制限するものとして知られます。

【ユーザーモード】

カーネルモード（スーパーバイザモード）はデバイスを担当しますが、ユーザーモードはプロセスを担当します。

【API】

APIとは、ソフトウェアの機能や管理などのデータを外部の他のプログラム経由で呼び出して利用するための手順やデータ形式などを定めた規約のことです。

OSの役割

ファイル管理

ファイルの中に画像やテキスト、場合によっては動画など様々な情報データを集約し、分かりやすく管理することが可能です。このような情報をまとめて簡単に省略するファイルはOSの代表的な機能の1つです。

これにより膨大な量の情報データを一括にまとめて管理することが可能になります。一般的にPCを使う人なら誰しも利用する便利な機能がまさにOSの役割です。

デバイス管理

外部接続するハードウェアの事をデバイスといいます。普段デバイスを通じてOSを使っている人が多いのではないでしょうか。

接続するハードウェアの例として主に「キーボード」と「マウス」が挙げられます。他にも「スピーカー」や「マイク」「ハードディスク」等もデバイスとして挙げられます。

このようなデバイスをUSBやBluetooth等で接続することにより、快適な操作を可能にする機能もOSの役割の1つです。

タスク管理

「（タスク管理）=（仕事管理）」です。つまり人間で言うとスケジュール表を管理するといったイメージになります。そのイメージをPC内に置き換えたのがタスク管理です。

主にOS内のシステム作業の処理工程の順序や、タスクに必要な容量やメモリ等をタスク事に振り分けるといった進行管理やマネジメントの様な役割を担っています。

メモリ管理

メモリ管理とはPC内での情報を保有する記憶管理のことです。OSのメモリで多く使われているのが仮想記憶やメモリ保護です。

プログラムされた指示の要求に応じて、メモリの一部をその要求分提供します。そのメモリが不要となった時に再利用出来るメモリ空間を開け、新たな要求時に再度提供出来る状態にするのも、メモリ管理の大切な役割になります。

まとめ

OSの機能と構成は初心者には、難しく感じてしまう内容が多いと思います。ですが、とても重要な要素になります。日頃多くの人が使うOSですが、内容を把握している人は意外にも少ないので、この記事で知っておくと今後の最新のOSにも興味がわき、より便利にOSを活用していけるでしょう。