An オペレーティングシステム (OS) はコンピュータ内の他のすべてのアプリケーションとプログラムを管理し、ブート プログラムによってコンピュータにロードされます。これにより、アプリケーションがコンピュータのハードウェアと対話できるようになります。指定されたアプリケーション プログラム インターフェイスを介して、アプリケーション プログラムはオペレーティング システム (API) にサービスを要求します。カーネルは、オペレーティング システムのコア コンポーネントを含むソフトウェアです。他のプログラムを実行するには、すべてのコンピュータに少なくとも 1 つのオペレーティング システムがインストールされている必要があります。

Windowsの場合、 Linux、および Android は、ユーザーがコンピューターや携帯電話で MS Office、メモ帳、ゲームなどのプログラムを使用できるようにするオペレーティング システムの例です。 ブラウザなどの基本的なプログラムを実行するには、コンピュータに少なくとも XNUMX つのオペレーティング システムがインストールされている必要があります。

オペレーティングシステムの機能

オペレーティング システム (OS) の機能は多様であり、コンピュータ システムを効率的に動作させるためには不可欠です。これらの機能には次のものが含まれます。

• メモリ管理: OS はメインメモリを管理し、さまざまなプロセスに必要に応じてメモリの割り当てと割り当て解除を行います。これにより、異なるプロセスが相互に干渉することなくメモリ内に共存できるようになります。
• プロセッサ管理/スケジューリング: これには、さまざまなプロセス間の CPU の時間とリソースの管理が含まれます。 OS は、どのプロセスが CPU 時間を受け取るかを選択し、プロセッサーの効率的かつ公平な使用を保証します。
• デバイス管理: OS は、デバイス ドライバーを通じてさまざまな入出力デバイスとの接続と対話を制御します。さまざまなプロセスへのデバイスの割り当てと割り当て解除を行い、デバイスのステータスを追跡します。
• ファイル管理： OS はコンピュータ上のファイルを管理し、作成、削除、転送、保存などのタスクを処理します。また、これらのファイル内のデータの整合性とセキュリティも維持されます。
• 保管管理: OS は、ファイルとディレクトリの保存とアクセス、さまざまなストレージ デバイスの使用の最適化、データの整合性と効率的な取得の保証を担当します。
• セキュリティ: 最新の OS は、不正なアクセスや侵入から保護するためにファイアウォールなどのセキュリティ対策を採用しています。システムのアクティビティを監視し、潜在的な脅威をブロックします。
• 部門管理とシステムパフォーマンス管理: OS は、メモリ、リソースの使用状況、エラーなど、すべてのシステム アクティビティを追跡します。また、効率的な運用を確保するためにパフォーマンス指標も監視します。
• エラー検出：OS はシステム エラーと脅威を継続的にチェックし、潜在的な損傷からシステムを保護し、ユーザーに適切な措置を講じるよう警告します。
• ソフトウェアとユーザー間の連携: ハードウェア コンポーネントを調整し、さまざまなソフトウェア アプリケーションを制御し、スムーズな操作とユーザー インタラクションを保証します。

オペレーティング システム (OS) の従来の機能に加えて、最新の OS には次のような高度で進化する機能がますます組み込まれています。

• 仮想化のサポート: 最近の OS には仮想化のサポートが含まれていることが多く、単一の物理マシン上で複数の仮想マシンを実行できるようになります。これにより、リソースの効率的な利用と、さまざまなコンピューティング環境の分離が容易になります。
• クラウドの統合：現在、多くのオペレーティング システムは組み込みのクラウド統合を提供しており、クラウド ストレージとサービスへのシームレスなアクセスを可能にし、デバイス間でのデータの同期とバックアップを容易にします。
• エネルギー管理: モバイル デバイスの使用が増えるにつれ、OS はバッテリー寿命を延ばすためのエネルギー管理にますます重点を置いています。これには、ハードウェア リソースの使用の最適化とバックグラウンド プロセスの管理が含まれます。
• 高度なセキュリティ機能：最新の OS には、生体認証、暗号化、高度なファイアウォールおよびマルウェア対策システム、新たな脅威から保護するための継続的なセキュリティ更新などの高度なセキュリティ機能が装備されています。
• 自動アップデートとメンテナンス：現在、OS には自動システム アップデートやメンテナンス機能が組み込まれていることが多く、手動介入を必要とせずにシステムが最新の機能やセキュリティ パッチで最新の状態に保たれます。
• IoTサポート: モノのインターネット (IoT) デバイスの普及に伴い、オペレーティング システムは、膨大な数のセンサーやスマート デバイスの管理や対話など、IoT アプリケーションをサポートするように設計されています。
• AIと機械学習 統合: 予測分析、パーソナライゼーション、ユーザー インタラクションの強化のために AI および機械学習アルゴリズムを組み込むことは、最新のオペレーティング システムの重要な機能になりつつあります。

これらの追加機能は、オペレーティング システムが新しい技術の進歩やユーザーのニーズに適応するにつれて進化する性質を反映しています。

オペレーティング システムの機能

オペレーティング システムのいくつかの重要な機能の一覧を次に示します。

1. アプリケーションを実行するためのプラットフォームを提供します
2. メモリ管理と CPU スケジューリングを処理します
3. ファイルシステムの抽象化を提供
4. ネットワークサポートを提供
5. セキュリティ機能を提供
6. ユーザーインターフェースを提供
7. ユーティリティとシステム サービスを提供します
8. アプリケーション開発をサポート

オペレーティングシステムの利点

オペレーティング システムにはいくつかの利点があります。 それらのいくつかを以下にリストします。

1. コンピュータのハードウェアを正しく効率的に使用すること。
2. 異なるアプリケーションを同時に実行できるようにします。
3. ファイルとフォルダーの管理。
4. ユーザーインターフェースの提供。
5. セキュリティの管理。
6. リソースの管理。
7. 印刷の管理。
8. ソフトウェア開発のプラットフォームを提供します。

オペレーティング システムの短所

オペレーティング システムにはいくつかの欠点があります。 それらのいくつかを以下にリストします。

• それらは複雑で使いにくい場合があります。
• それらは、購入して維持するのに費用がかかる可能性があります。
• 悪意のあるユーザーからの攻撃に対して脆弱になる可能性があります。

オペレーティングシステムの種類

オペレーティング システム (OS) の種類は、技術の進歩とユーザー ニーズの変化に適応して大幅に進化しました。さまざまな種類のオペレーティング システムの概要を次に示します。

• バッチOS: 伝統的に、手動介入なしで一連のジョブを実行するために使用されます。現代のコンピューティングは依然として特定の状況に関連していますが、よりインタラクティブでリアルタイムなシステムの台頭により、バッチ処理を大きく超えています。
• 分散OS: これらのシステムは、相互接続されたコンピュータのネットワークを管理し、コンピュータ間で作業負荷を分散します。クラウド コンピューティングとエッジ コンピューティングの台頭により、それらの関連性はますます高まっています。分散システムは、大規模な分散アプリケーションを効率的に処理するために重要です。
• マルチタスクOS: 複数のタスクを同時に実行できるこれらのシステムは、進化し続けています。最新のマルチタスク OS はリソース割り当ての効率が向上し、多数のアプリケーションが実行されている場合でもスムーズな動作を保証します。
• ネットワークOS： これらは、ネットワーク接続されたコンピューターを管理するように設計されており、ファイルやプリンターなどのリソースへの共有アクセスを提供します。クラウド サービスの普及に伴い、ネットワーク オペレーティング システムには、接続性とリソース共有を強化するためにクラウド機能がますます統合されています。
• リアルタイム OS (RTOS): RTOS は、組み込みシステム、ロボティクス、IoT デバイスなど、タイム クリティカルな操作が必要なシナリオで非常に重要です。これらは、自律システムと産業オートメーションの重要な要件であるタイムリーな処理と応答を保証します。
• モバイルOS: モバイル オペレーティング システムは、特にクラウド サービスとの統合、セキュリティ機能、ユーザー インターフェイスの強化という点で大幅な進歩を遂げています。焦点は、デバイスやプラットフォーム間でのシームレスな同期に移り、一貫したユーザー エクスペリエンスを提供します。
• IoTの統合: 最新のオペレーティング システムは、増え続ける IoT デバイスの管理と統合を改善するために進化しています。これらは、これらのデバイスの制御と監視の中心となりつつあり、多様なスマート デバイスに統一インターフェイスを提供します。
• AR/VR サポート: 拡張現実 (AR) および仮想現実 (VR) テクノロジーのサポートにますます重点が置かれています。将来のオペレーティング システムは、グラフィック レンダリング、モーション トラッキング、空間オーディオの高度な機能を備えた、AR/VR アプリケーションに最適化された環境を提供すると期待されています。
• 強化されたセキュリティとプライバシー: デジタル脅威がより巧妙になる中、オペレーティングシステムはセキュリティ対策とプライバシー管理の強化を重視しています。これには、高度な暗号化技術、セキュア ブート プロセス、ユーザー中心のプライバシー機能が含まれます。
• クロスプラットフォームの互換性： さまざまなデバイスやプラットフォーム間でシームレスな統合と互換性を提供するオペレーティング システムがトレンドになっています。これには、一貫したマルチデバイス エクスペリエンスを実現するクラウド ストレージの統合とユニバーサル アプリ フレームワークが含まれます。
• エッジ コンピューティングと分散システム: コンピューティングが従来のデータセンターを超えて拡張されるにつれて、オペレーティング システムは、エッジ コンピューティング シナリオを含む分散アーキテクチャでのリソース管理に適応しています。この傾向は、アプリケーションの高速化と応答性の向上を目指しています。
• 機械学習と予測機能: オペレーティング システムは、予測分析と最適化のために機械学習をますます活用しています。これには、インテリジェントな電源管理とパーソナライズされたユーザー エクスペリエンスが含まれます。

シングルタスクのオペレーティング システムとマルチタスクのオペレーティング システム: 
シングルタスク オペレーティング システムでは一度に 1 つのプログラムのみを実行できますが、マルチタスク オペレーティング システムでは複数のプログラムを同時に実行できます。
デスクトップ オペレーティング システムとモバイル オペレーティング システムの比較: 
Windows や macOS などのデスクトップ オペレーティング システムは、デスクトップ コンピューターやラップトップ コンピューターで使用するように設計されており、iOS や Android などのモバイル オペレーティング システムは、スマートフォンやタブレットで使用するように設計されています。
オープンソースと独自のオペレーティング システムの比較: 
オープンソース オペレーティング システムは開発者のコ​​ミュニティによって開発され、無料で入手できますが、プロプライエタリ オペレーティング システムは単一の企業によって開発され、購入する必要があります。

オペレーティングシステムのコンポーネント

• シェル（Shell）
• カーネル

シェルとは？

シェルはユーザーの対話を処理します。 これは OS の最外層であり、ユーザーとオペレーティング システム間の相互作用を次のように管理します。

• ユーザーに入力を促す
• オペレーティング システムの入力の解釈
• オペレーティング システムからの出力の処理。

シェルは、ユーザーまたはシェル スクリプトから入力を取得することによって、OS と通信する方法を提供します。シェル スクリプトは、ファイルに保存される一連のシステム コマンドです。

このトピックの詳細な理解については、この無料のをチェックしてください オペレーティング システム コース.

カーネルとは？

カーネルは、コンピューター (OS) のオペレーティング システムのコア コンポーネントです。 OS の他のすべてのコンポーネントは、コアに依存して重要なサービスを提供します。 OS とハードウェア間の主要なインターフェイスとして機能し、デバイス、ネットワーク、ファイル システム、およびプロセスとメモリの管理の制御を支援します。

カーネルの機能

カーネルは、アプリケーション間のインターフェイスとして機能するオペレーティング システムのコア コンポーネントであり、データはハードウェア レベルで処理されます。

OS がメモリにロードされると、カーネルが最初にロードされ、OS がシャットダウンされるまでメモリに残ります。 その後、カーネルはコンピュータ リソースを提供および管理し、他のプログラムがこれらのリソースを実行および使用できるようにします。 カーネルはまた、アプリケーションのメモリ アドレス空間を設定し、アプリケーション コードを含むファイルをメモリにロードし、プログラムの実行スタックを設定します。

カーネルは、次のタスクの実行を担当します。

• 入出力管理 
• メモリ管理 
• アプリケーション実行のプロセス管理。 
• デバイス管理 
• システムコール制御 

以前は、プロセスとメモリの管理、割り込み処理などのすべての基本的なシステム サービスが、カーネル空間の単一のモジュールにパッケージ化されていました。 このタイプのカーネルは、モノリシック カーネルと呼ばれていました。 このアプローチの問題点は、わずかな変更でもカーネル全体を再コンパイルする必要があることでした。

モノリシック アーキテクチャへの現代的なアプローチでは、マイクロカーネルには、デバイス管理、ファイル管理などのさまざまなモジュールが含まれています。動的にロードおよびアンロードされます。 この最新のアプローチにより、カーネルコードのサイズが縮小され、安定性が向上しました。 

カーネルの種類

Linus Torvalds は、1991 年に Linux カーネルの一部としてモノリシック カーネルの概念を導入しました。 モノリシック カーネルは、すべてのオペレーティング システム コンポーネントを含む単一の大きなプログラムです。 ただし、Linux カーネルは何年にもわたって進化し、現在では以下に示すようにさまざまな種類のカーネルで構成されています。

1. モノリシック カーネル 名前が示すように、モノリシック カーネルは、すべてのオペレーティング システム コンポーネントを含む単一の大きなプログラムです。 カーネル全体がプロセッサの特権モードで実行され、システムのハードウェアへのフル アクセスが提供されます。 モノリシック カーネルは、メッセージ パッシングのオーバーヘッドがないため、マイクロカーネルよりも高速です。 このタイプのカーネルは、通常、組み込みシステムとリアルタイム オペレーティング システムで使用されます。

2. マイクロカーネル マイクロカーネルは、オペレーティング システムの基本的な機能に必要な必須コンポーネントのみを含むカーネルです。 他のすべてのコンポーネントはカーネルから削除され、ユーザー空間プロセスとして実装されます。 マイクロカーネル アプローチは、優れたモジュール性、柔軟性、および拡張性を提供します。 また、モノリシック カーネルよりも安定性と安全性に優れています。

3. ハイブリッド カーネル ハイブリッド カーネルは、モノリシック カーネルとマイクロカーネルの両方の優れた機能を組み合わせたカーネルです。 OS の基本的な機能に不可欠なコンポーネントを提供する小さなマイクロカーネルが含まれています。 残りのコンポーネントは、ユーザー空間プロセスまたはロード可能なカーネル モジュールとして実装されます。 このアプローチは、モノリシック カーネルのパフォーマンスとマイクロカーネルのモジュール性という両方の長所を提供します。

4. エクソカーネル エクソカーネルは、オペレーティング システムの基本的な機能に必要な最小限のコンポーネントを提供するカーネルです。 他のすべてのコンポーネントはカーネルから削除され、ユーザー空間プロセスとして実装されます。 エキソカーネル アプローチは、カーネル オーバーヘッドがないため、最高のパフォーマンスを提供します。 ただし、実装が最も難しく、広く使用されていません。

次に、さまざまな種類のオペレーティング システムを見てみましょう。

32 ビット OS と 64 ビット OS の比較

一般的なオペレーティング システム

現在使用されている最も一般的なオペレーティング システムには次のようなものがあります。

• Windows： Windows は、世界中で 1 億人を超えるユーザーが使用している最も人気のあるデスクトップ オペレーティング システムです。 Office スイート、ゲーム、生産性向上ツールなど、幅広い機能とアプリケーションを備えています。
• MacOSの： macOS は、Apple Mac コンピュータで使用されるデスクトップ オペレーティング システムです。クリーンで使いやすいインターフェイスで知られており、クリエイティブなプロフェッショナルの間で人気があります。
• Linux： Linux は、無料で利用でき、特定のニーズに合わせてカスタマイズできるオープンソース オペレーティング システムです。オープンソースのカスタマイズ可能なオペレーティング システムを好む開発者、企業、個人によって使用されています。
• iOSの： iOS は、Apple iPhone および iPad で使用されるモバイル オペレーティング システムです。ユーザーフレンドリーなインターフェイス、Apple のハードウェアおよびソフトウェアとの緊密な統合、および堅牢なセキュリティ機能で知られています。
• アンドロイド： Android は最も人気のあるモバイル オペレーティング システムであり、世界中で 2 億人を超えるユーザーが使用しています。オープンソースの性質、カスタマイズ オプション、および幅広いデバイスとの互換性で知られています。

オペレーティング システムの市場シェア

適切なオペレーティング システムの選択

オペレーティング システムを選択する際には、次のようないくつかの要素を考慮する必要があります。

• 費用： Linux などの一部のオペレーティング システムは無料ですが、Windows や macOS などのその他のオペレーティング システムは購入する必要があります。
• 互換性： 一部のソフトウェアやハードウェアは特定のオペレーティング システムでのみ動作する場合があるため、ニーズに適合するオペレーティング システムを選択することが重要です。
• 使いやすさ： macOS や iOS などの一部のオペレーティング システムは、ユーザーフレンドリーなインターフェイスで知られていますが、Linux などの他のオペレーティング システムは、学習曲線がより急な場合があります。
• セキュリティ： macOS や iOS などの一部のオペレーティング システムは堅牢なセキュリティ機能で知られていますが、Windows などの他のオペレーティング システムはセキュリティの脅威に対してより脆弱である可能性があります。

オペレーティングシステムの世代

オペレーティング システムは、時間の経過とともにさまざまな世代を経て進化してきましたが、それぞれに特有の特徴と進歩が特徴です。リアルタイムの例とともにこれらの世代を調べてみましょう。

1. 第一世代:

• 時代: 1940 年代から 1950 年代初頭
• 特徴：真空管と機械語プログラミング。
• 例: ENIAC (電子数値積分器およびコンピューター) – 計算に真空管を使用した最初期のコンピューターの 1 つ。

2. 第二世代:

• 時代: 1950 年代後半から 1960 年代半ば
• 特徴: トランジスタとアセンブリ言語プログラミング。
• 例: IBM 1401 – トランジスタを使用し、真空管よりも高速かつ信頼性の高い処理を可能にします。

3. 第 XNUMX 世代:

• 時代: 1960 年代半ばから 1970 年代半ば
• 特徴: 集積回路 (IC) と高級プログラミング言語。
• 例: IBM System/360 – 互換性のあるソフトウェアと周辺機器を使用するコンピューター ファミリを導入しました。

4. 第 XNUMX 世代:

• 時代: 1970年代後半から1990年代
• 特徴: マイクロプロセッサ、パーソナル コンピュータ、およびグラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI)。
• 例: Apple Macintosh – GUI とマウス駆動のインターフェイスが導入され、コンピュータがより使いやすくなりました。

5.第XNUMX世代：

• 時代：1990年代から現在（継続中）
• 特徴: 人工知能 (AI)、自然言語処理、並列処理。
• 例: IBM の Deep Blue – 1997 年にチェスの世界チャンピオン、ガルリ・カスパロフを破り、複雑な意思決定における AI の力を実証しました。

6. 第 XNUMX 世代 (投機的):

• 特徴: 高度な AI、量子コンピューティング、ブレイン コンピューター インターフェイス。
• 例: IBM や Google などの企業によって開発されている量子コンピューターは、複雑な計算に革命を起こす可能性があります。

7. 将来の世代 (仮説):

• 特徴: さらに高度な AI、人間の認知との統合、新しいコンピューティング パラダイム。
• 例: 将来の世代には、人間の脳とシームレスに接続するコンピューターが組み込まれ、思考に基づいた直接的な対話が可能になる可能性があります。

これらの世代は、オペレーティング システムが基本的なマシン レベルの命令から、複雑なタスクやユーザーとの対話を処理できる高度なシステムにどのように進化したかを示しています。各世代は、前の世代の成果を基礎として、新しいテクノロジーと機能を組み込んでいます。

まとめ

今後数日でテクノロジーの必要性が日々高まり、Gen Alpha のような若い世代が成長して労働力に加わるにつれて、優れた効率的なオペレーティング システムがあらゆるビジネス環境の最優先事項になります。 取得を予定している場合 ITの学位、今が始めるのに最適な時期です。

オペレーティング システムに関するよくある質問

• SEO を活用したコンテンツと PR 配信。 今日増幅されます。
• PlatoData.Network 垂直生成 Ai。 自分自身に力を与えましょう。 こちらからアクセスしてください。
• プラトアイストリーム。 Web3 インテリジェンス。 知識増幅。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンESG。 カーボン、 クリーンテック、 エネルギー、 環境、 太陽、 廃棄物管理。 こちらからアクセスしてください。
• プラトンヘルス。 バイオテクノロジーと臨床試験のインテリジェンス。 こちらからアクセスしてください。
• 情報源： https://www.mygreatlearning.com/blog/what-is-operating-system/