情報システム概論（３）
オペレーティングシステム
池田秀人
立命館大学情報理工学部情報システム学科
ＯＳの構造と機能
制御装置
演算装置
オペーティングシステム（ＯＳ）
MS-Windows
応用プログラム
Mac OS
UNIX/Linux/Federal Core
OS/2
Windows 入出力インターフェース
Server
MVS
:
主記憶装置
ＯＳの構造と機能
制御装置
演算装置
オペーティングシステム（ＯＳ）
主記憶装置
ジョブ管理
タスク管理
データ管理
記憶管理
運用管理
障害管理
通信管理
その他
サービスプログラム
言語プロセッサ
応用プログラム
入出力インターフェース
ＯＳの役割
• ハードウェア資源の有効利用
– 多重プログラミング、スプール機能など
• 多様な処理形態への対応
– バッチ処理、リアルタイム処理など
• 信頼性と安全性の確保
– ＲＡＳＩＳの向上など
• 応用ソフトウェアの負荷軽減
– 仮想記憶、ラーブラリー管理など
• コンピュータ操作と運用の支援
– 連続処理、ログ管理
ジョブ管理
ジョブキュー
ジョブ
応用プログラム
ジョブ
スケジューラ
カタログド
プロシージャ
ジョブ
ローダ（リーダ）
イニシエータ
ユーザタスク
スプーリング
コマンド
コンソール（操作卓）
ターミネータ
ユーザタスク
タスク管理
終了
実行状態
ディスパッチャ
タイマ割り込み
登録
タスク生成
実行可能
状態
入出力割込み
タスク消滅
スーパバイザコール
実行待
状態
割り込みの種類
外部割込
タイマ割込
スクリーンｾｲバー起動
入出力割込
プリンタの紙切れ、ＵＳＢ挿入
バッテリー切れ
機械チェック割込
外部信号割込
Ｃｔｒｌ＋Ａｌｔ＋Ｄｅｌ
プログラム割込
Zero-Devide
内部割込
スーパバイザコール
タスクの強制終了
データ管理（１）
• 階層型ファイルシステム
–
–
–
–
–
–
ディレクトリー（フォルダー）
パス（絶対パス、相対パス）
ファイル名（完全ファイル名）
アクセス権限（r/w/e)
データファイル、実行ファイル
カレントディレクトリー（cd, pwd)
• ファイル操作
– コマンド（削除、ファイル一覧、ファイル名変更、権限
変更）
– ユーティリティ（ソート・マージ、複写、印刷、比較）
データ管理（２）
• アクセス法
– 順次アクセス
– 直接アクセス
– 動的アクセス
• ファイル編成法
–
–
–
–
順編成
直接編成
索引順編成
区分編成
記憶管理（１）
主記憶装置
区分方式
スワッピング
ロールアウト
ロールイン
リロケータブル
補助記憶装置
記憶管理（２）
主記憶装置
a
b1
c1
c2
オーバレイ方式
セグメンテーション
a
b1
c1
b2
c2
c3
b3
c4
c5
補助記憶装置
記憶管理（３）
ページング
主記憶装置
p1
p2
p5
p6
動的アドレス変換機構
（ＤＡＴ）
ページイン
ＬＲＵ／ＦＩＦＯ
ページアウト
p1
p2
p3
p4
p5
p6
p7
p8
p9
p10
仮想記憶装置
記憶管理（４）
主記憶装置
a
b1
c1
c2
セグメント方式
a
b1
c1
b2
c2
c3
「セグメンテーションページング方式」もある
b3
c4
c5
仮想記憶装置
入出力管理
制御装置
演算装置
主記憶装置
オペーティングシステム（ＯＳ）
応用プログラム
入出力インターフェース
ページバッファ
ビデオメモリー
ストリーミングバッファ
スプール
システム構成技術
スタンドアロンシステム
本体
クライアントサーバシステム
サーバ
処理サービス
処理要求
ファイル管理
データベース管理
印刷
通信
クライアント
処理結果
•DBサーバ
•ファイアウォールサーバ
•バックエンドサー
バ
•バックアップサーバ •VODサーバ
•グループウェアサーバ
汎用機
•WWWサーバ •DNSサーバ
•Proxyサーバ
•認証サーバ
音声会議
サーバ
•アクセスサーバ
ビデオ会
議サーバ
•ファイルサーバ
•プリンタサーバ
•メールサーバ
•コミュニケー
ションサーバ
•業務アプリケーションサーバ
クライアントサーバシステムの長所・短所
長所
• 速い応答（ローカル処
理）
• 安価
• 柔軟性
• スケーラビリティ（拡張
性）
短所
• システム管理の困難性
（セキューﾘティ、ユーザ
管理）
• データの統合管理の困
難性
• 利用集中による性能劣
化
• ネットワークの性能に強
く依存
システムの構成方式（１）
シンプレックスシステム
ＤＣＥ
ＣＣＵ
ＣＰＵ
ＤＩＳＣ
ＤＣＥ：データ終端装置（モデムなど）
ＣＣＵ：通信制御装置（ルータなど）
ＣＰＵ：中央演算処理装置（パソコンなど）
ＤＩＳＣ：補助記憶装置（ハードディスクなど）
システムの構成方式（２）
デュアルシステム
ＤＣＥ
ＣＰＵ
ＣＣＵ
照合
ＤＩＳＣ
ＣＰＵ
デュプレックスシステム
ＣＣＵ
ＤＣＥ
ＣＰＵ
切替
切替
ＣＣＵ
ＣＰＵ
ＤＩＳＣ
システムの構成方式（３）
マルチプロセッサシステム
（密結合：ＴＣＭＰ）
ＣＰＵ
ＤＣＥ
ＣＣＵ
ＭＭ
ＣＰＵ
ＤＩＳＣ
システムの構成方式（４）
マルチプロセッサシステム
（疎結合：ＬＣＭＰ）
ＤＣＥ
ＣＣＵ
ＣＰＵ
ＤＩＳＣ
ＤＣＥ
ＣＣＵ
ＣＰＵ
ＤＩＳＣ
分散形態
機能分散
負荷分散
水平分散
水平機能分散
（ＤＢ分散、情報
系・勘定系）
水平負荷分散（密
結合マルチプロ
セッサ）
垂直分散
垂直機能分散
（クライアント
サーバシステム）
処理形態
• バッチ処理
– センターバッチ処理（オフライン）
– ﾘモートバッチ処理（オンライン）
• リアルタイム処理（オンライン）
– 対話型処理（インタラクティブ）
– オンライントランスアクション処理
– リアルタイム処理
集中処理の長所・短所
長所
• コストパフォーマンスを改
善し易い（グルーシュの
法則）
• 運用・保守の負荷が軽い
• 高い安全性
短所
• 新技術に対応しにくい
• バックログが発生しやす
い
• ＯＳのオーバヘッドが大
きい
• ホストに障害復旧に時間
がかかる
• 障害の影響が大きい
分散処理の長所・短所
長所
•
•
•
•
•
管理を分担できる
障害の局所化
部分保守
スケーラビリティ
経済性
短所
• 管理組織が複雑
• 障害が特定しにくい
• ネットワークの障害から
の影響が大きい
• データの整合性が管理し
にくい
• セキュリティが脆弱にな
りやすい
• ハード・ソフト・データの
冗長性が大きくなる
システムの性能と信頼性
性能指標
•
•
•
•
レスポンスタイム（応答時間）
スループット（処理能力）
ターンアラウンドタイム
命令ミックス
– ＭＩＰＳ
– ＭＦＬＯＰＳ
• ベンチマーク
システムの信頼性
• ＲＡＳＩＳ
–
–
–
–
–
Reliability（信頼性）：故障が少ない
Availability（可用性）：稼働率が高い
Serviceability（保守性）：障害の発見が容易
Integrity（保全性）：データ矛盾が発生しない
Security（機密性）：不正アクセス防止
• バスタブ曲線
偶発故障期
初期故障期
磨耗故障期
システムの信頼性設計
• フォールト・トレラントシステム
– フェールソフト（フォールバック：減退運転）
• 故障箇所の切離（例：デュープレックスシステム）
– フェールセーフ
• 障害が発生しても影響の範囲を限定（例：デュア
ルシステム）
– フールプルーフ
• 誤操作をしても故障しないシステム
稼働率
稼動中
Ｔ１
修理中
Ｄ１
稼動中
修理中
Ｔ２
Ｄ２
稼動中
Ｔ３
平均故障間隔（ＭＴＢＦ：Mean Time Between Failures)
ＭＴＢＦ＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）／３
平均修理（ＭＴＴＲ：Mean To Repair)
ＭＴＢＦ＝（D１＋D２）／2
稼働率 ＝
ＭＴＢＦ
ＭＴＢＦ＋ＭＴＴＲ
稼働率の計算
直列システムの稼働率
Ｐ１
Ｐ２
Ｐ３
稼働率＝Ｐ１ｘＰ２ｘＰ３
並列システムの稼働率
Ｐ１
Ｐ２
Ｐ３
稼働率＝１－（１－Ｐ１）ｘ（１－Ｐ２）ｘ（１－Ｐ３）