OSの機能と役割は何でしょうか？

Question

ここまで勉強してきて、思ったことがあります。

#OSってシステムコール（ソフトウェア割り込み）、ハードウェア割り込み、例外が発生した時に呼び出されるサブルーチンの集合体ですよね？？

OSの本を読んでいると、プロセス、ファイルシステムなどたくさんの機能がありますが、どれもこれもシステムコールをトリガーとして呼び出されるプログラムですよね。

特別な場合があるとすれば、
・システムの起動時（ブートストラップ）
・カーネルスレッド

でしょうか・・・

カーネルスレッドがよくわからないのですが、デーモンのようにシステム常駐して動いてるプログラムのことかな・・・と思いますが・・・

以前は、アセンブリ言語レベルの命令の処理をするのに毎回OSの機能を呼び出しているものだと思っていましたが、どうも違うようですね。

プロセッサの違いを吸収しているのは、C言語からしてみるとコンパイラによるものと思います。
ハードウェア（周辺機器）はデバイスドライバ（OSの機能。システムコールによって起動する）
（CPUやメモリ用のデバイスドライバというものがあるのか分からないのですが、メインメモリなどもOSの制御下なんですかね）

ハードウェアの差分を吸収するものなら、BIOSもありますよね？

最近、開発中のエクソカーネルとかなら、カーネルを作らないで、CPUの機能としてハードウェアで埋め込んでしまえば多少CPUのサイズが大きくなってもできるのではないでしょうか？
ハードウェアだけで分岐予測とかもできるようですので・・・
将来はその役割をBIOSとプロセッサのハードに分ければ、カーネルがなくなるかもしれないですね。

（正直、ここからはOSの役割、ここからはプロセッサの役割、ここからはBIOSという境界が見えません。）

えーーと。
つまり、OSの機能は・・・
割り込みや例外を処理するためのプログラムの集合体と考えて良いのでしょうか？
その役割は・・・「ハードウェアの差分を吸収するため」ということですかね？
ハードウェアの差分を吸収するのは、割り込みや例外のためのプログラム群というのも、なーーーんかピンと来ないんですよね・・・

間違いがあったらご指摘ください。

「追記」
カーネルスレッドとは
initはプロセスだと思っていたのですが、カーネルスレッドに分類されるようですね！！

Answer 1

視点により回答が異なりそうではありますが、

つまり、OSの機能は・・・
割り込みや例外を処理するためのプログラムの集合体と考えて良いのでしょうか？

そんな感じでいいです。
入出力、同時並行処理などを管理する基本プログラムです。

その役割は・・・「ハードウェアの差分を吸収するため」ということですかね？
ハードウェアの差分を吸収するのは、割り込みや例外のためのプログラム群というのも、なーーーんかピンと来ないんですよね・・・

ハードウェアの差分を吸収することが目的ではなく、ユーザーやアプリケーション・プログラムとハードウェアの中間にあるのがOSです。
差分を吸収する事が結果として含まれているものとしては各社の提供している言語処理系のAPIではないでしょうか。

Comments

[strike1217]

「ハードウェアの差分を吸収することが目的ではなく、」
そうなんですか！

では、ずばりOSの役割とは何でしょうか？

[moonphase]

> 「ハードウェアの差分を吸収することが目的ではなく、」
> そうなんですか！
目的は対象のハードウェアを使えるようにすることであって、差分を吸収する事が目的ではないんじゃないかなって事です。物理的に異なる同じタイプのハードウェアがあったとして、物理的に無いものの差分は吸収できませんから。

> では、ずばりOSの役割とは何でしょうか？
回答にも記載していますが、
「入出力、同時並行処理などを管理」です。

[strike1217]

「ハードウェアを使えるようにすること」
なるほど！ハードウェアの管理といった感じですかね

[strike1217]

BIOSとOSはどのように違うんでしょうか？

[moonphase]

BIOSはファームウェアの一つです。PCの電源ONと同時に実行され、ハードウェアの初期化を実施し、記憶装置からブートローダーを呼び出し、OSのロードと起動までを担います。（プロテクトモードで動作するOSに限る。例：WinNT, Linux等）

[strike1217]

つまり、起動の時以外は必要ないもの！という事ですかね？
最近のはUEFIですが、OSが起動してしまった後はもう用済みという事ですね？

[strike1217]

ん？あ、もしかして、リアルモードで動作するOSの場合は、OSがBIOSの機能を利用するんですか？
最近のプロテクトモードのOSでは、BIOSは起動の時のみ必要で、起動した後は不要という事ですかね？

[kazuyakazuya]

リアルモードのときはBIOSコールを利用して
プロテクトモード移行後は
プロテクトモード対応させた
BIOSコールを使うことになるのだと思います。
(ですよね？。。。)

[dodox86]

＞kakazuyakazuyaさん

> プロテクトモード移行後はプロテクトモード対応させたBIOSコールを使うことになるのだと思います。(ですよね？。。。)

そうではありません。基本的に、プロテクトモード対応OSはブート後にBIOSコールをすることはありません。プロテクトモード対応BIOSと言うものはありません。UEFIが内包するBIOS相当のサービスをそう言って言えなくもないとは思いますが、ブートした後はLinuxやWindowsなどのOSが自前で持つドライバーを利用してアクセスすることがほとんどで、UEFIのサービスを必要としません。
ですので質問主であるstrike1217さんが書かれている「最近のプロテクトモードのOSでは、BIOSは起動の時のみ必要で、起動した後は不要」は、その通りです。
（もう2017年7月に閉じられた質問なので、この辺にしておきます）

[kazuyakazuya]

すみません。
プロテクトモード対応BIOSコールと書いてしまいましたが表現が適切ではありませんでした。

0x00～0x1Fまでの標準のBIOSコールはプロテクトモードでは使えなくなってしまうので
新たに0x20以降に割り込み処理ルーチンを定義する。

その自分で作らなければいけない
処理ルーチンのことをBIOSコールと言ってしまいましたが
それはBIOSコールではなく
どちらかというとシステムコールでしたね。

[dodox86]

＞kakazuyakazuyaさん
その意味でも、ちょっと違うかあるいは誤解があるようです。まず、マザーボード上のROMに有するレガシーBIOSルーチンは、16ビットリアルモード用のものです。
> 0x00～0x1Fまでの標準のBIOSコールはプロテクトモードでは使えなくなってしまうので新たに0x20以降に割り込み処理ルーチンを定義する。
IDTのセットアップに伴い、プロテクトモードでの割り込みベクター0x00～0x1Fで指される割り込みルーチンは刷新されます。新たに0x20以降に、と言う訳ではないです。また、そうでないとプロテクトモードにおいて0除算割り込みなど正しくハンドリングできません。

[kazuyakazuya]

すみません 失念していました。

一瞬、一旦プロテクトモードからリアルモードへ移行してから
BIOSコールを利用すると言う方法が頭を横切りましたが
それなら、IDTにBIOSコールをそのまま対応させる必要性はなさそうですね。

Answer 2

OSの中心的な役割は、資源を管理する、ということです。
資源にはCPU自体も含まれます。

どこまでがドライバでどこからがカーネルかとの区別が厳密にできるかどうか分かりませんが、質問者さんが書いていらっしゃる
「CPUやメモリのドライバ」
がOSの基本機能だと思います。

CPUならスケジューラ、ディスパッチャ、メモリならメモリ管理、ページ管理などでしょうか?
ユーザー(でなくても、何かの外部機器)が何かしたとき、それに対してどのプロセスを起動するか、そのプロセスにどれだけのメモリをどこから割り当てるか、どのプロセスを止めるか(CPUが１個しかなければ,他を止めなければならないので…)
などがOSの主たる役割だと思います。

ごめんなさい、エクソカーネルは分かりません。

Comments

[strike1217]

CPUやメモリ用のデバイスドライバがOSということですね！！
周辺機器のデバイスドライバとは別という事ですね。

BIOSはハードの差分を吸収するためですよね？
OSが起動した後はBIOSは、不要ですよね？
なんで、BIOSがハードの差分を吸収しているんですかね？？
OSを起動するためだけのものなのでしょうか？

[nob.]

複数のハードの上で動作可能なソフトを作ろうとすると、ハード依存とハード独立の二つの部分に分けて作るのは自然な考えだと思います。
ハード依存部をROMに焼いたのがBIOSではないでしょうか。
ただ、ハードがどれも似たり寄ったりでOSのパフォーマンスをあげようとすると、BIOSに頼らず、OSが自分で何から何までやってしまう、というのもアリだと思います。

BIOSの役割・位置は歴史的な経緯もあります。現状でOSがBIOSを利用しているかどうかは私には分かりません。