基本ソフトウェア

(1)オペレーティングシステムに関すること

タスク管理

割込み(Interrupt)

マルチタスクを実現するためには、ある一定の時間間隔ごと、 または入出力要求を出したタイミングなどでタスクを切り替えます。 この切り替える制御を割込みといいます。

割込みとは、プログラムの実行中に、 何らかの条件によってプログラムの命令実行を強制的に中断し、他のプログラムに制御を移すことです。

割り込みが発生すると、コンピュータの各命令の実行ごとに、 コンピュータの実行と非同期の事象が発生したかどうかを調べ、 実行中のプログラムより優先順位の高い事象が生じていれば、特定番地の命令に制御を移します。

この場合、現在処理しているプログラムを一時待避させ、割り込んで入ってきたプログラムを実行します。 割り込みの処理が終了すると、待避させたプログラムを回復させ、中断したところから実行を再開します。

なお、ハード・ディスクやLANボードなど、 ハードウェアからの依頼により発生するものを外部割込み(ハードウェア割込み)といい、 ソフトウェアからの依頼により発生するものを内部割込み(ソフトウェア割込み)といいます。

内部割込み(ソフトウェア割込み)

内部割込み(ソフトウェア割込み)は、実行中のプログラムから発生します。 CPUの実行時に発生する例外で、たとえば、記憶域保護例外、オーバフロー、ゼロデイド、 ページフォルトなどがあります（基本情報H13秋[問21]）。 プログラムの割り込みは、プログラム自体が異常を起こす原因となった場合に発生し、 内部マシンチェックとも呼ばれます。

1. エラー割込み
   プログラムの割り込みは、プログラム自体が異常を起こす原因となった場合に発生し、 内部マシンチェックとも呼ばれます（基本情報H12秋[問27]）。
2. スーパーバイザコール(SVC)
   プログラムがOSの機能を利用するときに発生します。

内部割込み(ソフトウェア割込み)

外部割込み(ハードウェア割込み)は、 内部割込みの発生要因以外によって発生します（基本情報H18春[問21]）。 入出力動作完了、タイマ通知、電源異常、各種センサ割込みなどがあります。

1. 入出力割込み
   入出力動作が終了したときに発生
2. 機械チェック割込み
   ハードウェアが故障したときに発生
3. タイマ割込み
   プログラムの実行時間が設定時間を経過したときに発生
4. コンソール割込み
   オペレータが介入したときに発生

タスクの優先順位

待ち行列状態にあるタスクをどのような順位で処理するかについて、その方法を大別すると、 優先度方式とラウンドロビン方式の２つに分けられます（基本情報H18春[問28]）。

1. ラウンドロビン方式
   すべてのタスクに対等の優先度をあたえ、一定時間経過後に終了しないタスクは待ち行列の最後尾に置き、 待ち行列の先頭のタスクにCPU使用権をあたえる方式です。
2. 優先度方式
   各タスクに優先度をあたえ、優先度の高いタスクからCPU使用権をあたえる方式です。

記憶管理

主記憶の管理

スワッピング

スワッピング方式は、主記憶上の領域が不足してプログラムを実行できない場合、 優先度の低いプログラムをいったん主記憶から追い出し、優先度の高いジョブの実行を行う手法です（基本情報H14秋[問29]）。

仮想記憶の管理

仮想記憶方式のページ置き換え

仮想記憶方式では、プログラムの実行中、主記憶領域に存在しないページが参照されると、 ページフォルトという入出力を伴うプログラムの割り込みをきっかけに、 必要なページを主記憶領域にロードするページインが行われます。 これには次のような方式があります。

1. FIFO(First-In First-Out)
   

   先入れ先出し方式です。 先にページインしたページから先に追い出します。

   たとえば、仮想記憶におけるページ置き換えアルゴリズムとしてFIFO方式を採用し、 初期状態では、主記憶には何も読み込まれていないものとします。 主記憶のページ枠が3で、プログラムが参照するページ番号の順序が、 4→3→2→1→3→5→2のとき、ページインの回数は次のようになります（基本情報H18春[問27]）。

   参照	枠内	ｲﾝ回数	説明
   4	[4][][]	1	4を読み込みます。
   3	[4][3][]	2	3を読み込みます。
   2	[4][3][2]	3	2を読み込みます。
   1	[3][2][1]	4	一番古い4を消し、1を読み込みます。
   3	[3][2][1]	4	3は読み込まれているのでページインは不要です。
   5	[2][1][5]	5	一番古い3を消し、5を読み込みます。
   2	[2][1][5]	5	2は読み込まれているのでページインは不要です。

   よって、ページインは5回です。

OSの機能･種類･特徴

API(Application Programming Interface)

API(Application Program Interface)とは、 ソフトウェアからOSの機能を利用するための仕様、またはインタフェースのことを言います。 一般的には、APIはOSの機能を利用するための関数を指します。

汎用性のあるAPIが定められていれば、周辺機器との連携やインターフェース、 ドライバの作成が容易に行えるといった互換性の高いプログラミングを行うことが出来るため、 アプリケーション開発が容易になります（基本情報H18春[問30]）。

OSのデータ管理

データ管理は、OSの制御プログラムの機能の一つです。 データを主記憶装置に割り付けたり、磁気ディスクへのファイルのアロケーション、 スペース管理、ディレクトリの管理などを行う機能があります。

ファイルのアクセス方法を応用プログラムに提供し、 ユーザはハードウェアを意識しないでファイルを使用することが出来ます（基本情報H10秋[問38]）。

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