Microsoft PowerPoint - os3.pptx

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Operating System

3

岩井将行岩井将行 2013

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講師

広島県福山市出身 • 広島県福山市出身 • 慶應義塾大学卒東京大学生産技術研究所助教 • ‐2012東京大学生産技術研究所助教 • 2013‐東京電機大学未来科学部情報メディア学科准教授科准教授 • Facebook /masa.iwai • Twitter @masaiwai • iwai@im.dendai.ac.jpjp 2 オペレーティングシステム2013

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TA・SA・副手

加藤佳祐 • 加藤佳祐 • ユビキタスネットワーキング研究室ユビキタスネットワキング研究室 • 東京電機大学未来科学部情報メディア学科 • _{E‐mail：Keisuke Kato <case.unl@gmail.com>} 3 オペレーティングシステム2013

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第1回

ドウ • ハードウエアと_OS • _{CPUとデバイス、割り込み、記憶装置、ハード}_{CPUとデバイス、割り込み、記憶装置、ハド} ディスク装置、RAID、パリティドとプセメリド空間 • スレッドとプロセス、メモリアドレス空間、ファイルシステム、NIC、ソケット、カーネル

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第2回

• _CUI • タイピングログインコマンド操作マニュアタイピング，ログイン，コマンド操作，マニュアル, シェルフイル操作デタ • ファイル操作，エディタ

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第3回

プジブ • プロセス，ジョブ • プロセス管理時分割処理とプロセス切り替プロセス管理、時分割処理とプロセス切り替え、スケジューリング、プロセス表

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第4回

憶装 • 記憶装置 • メモリ階層キャッシュアドレス空間物理アメモリ階層、キャッシュ、アドレス空間、物理アドレスと論理アドレス、ページング、チェックポインティンインティン • グ、効率的な自動メモリ管理、GC、フラッシュメモリ、HDD、SSD

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第5回

権 • シェルとアクセス権 • 標準入出力フィルタコマンドシェルスクリプ標準入出力、フィルタコマンド、シェルスクリプト、ファイルのバックアップ、アクセス権、ドライブディレクブ、ディレク • トリ、ファイル、open/read/write • ファイルのメモリへのマッピング、アクセス制御権限空き領域管理御、権限、空き領域管理

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第6回

ネ • ネットワークと_OS • _{ethernet,ping,socket,tcp/udp,rpc,apach,http,s}_{ethernet,ping,socket,tcp/udp,rpc,apach,http,s} sh,ftp,remotewindow 最新の事情 • 最新のOS事情

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第7回

試験 • 試験

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d

Raid

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Redundant Arrays of Independent

Disks

RAID Ad i B d での定義 – RAID Advisory Board での定義ベトイピグ • レベル0 ストライピング • レベル1 ミラーリング • レベル2 分散ハミングコード • レベル3 バイト分割固定パリティレベル3 バイト分割固定パリティ • レベル4 ブロック分割固定パリティレベル5 分散パリティ • レベル5 分散パリティ • レベル6 2重分散パリティ

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Raid0

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Raid0 ストライピング

デタブロック1／2／3や4／5／6 7／8／9は • データ・ブロック1／2／3や4／5／6、7／8／9は、もともと連続しているデータである。 • RAID 0ではディスクの台数に合わせてデタを • RAID 0では、ディスクの台数に合わせてデータを分割して、各ディスクに格納する。 • 例えばデータ・ブロック1／2／3の組を読み出す • 例えばデータ・ブロック1／2／3の組を読み出す場合、各ディスクに並行してアクセスすることで、ほぼ同時に1／2／3それぞれのデータ・ブロックほぼ同時に1／2／3それぞれのデタブックを読み出すことが可能。 • 高速化技術

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Raid1 ミラーリング

ベ中も単純な • _{RAID 1は、RAIDレベルの中で、最も単純な手} 法でディスクの耐障害性を高めている。その法ディク耐障害性を高る。そ手法とは、同一のデータを複数のディスクに書き込み一方のディスクが故障しても他書き込み、方のディスクが故障しても、他方で処理を続行できるようにする。

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Raid1ミラーリング

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Raid1 稼働率

デタを台デ • _{RAID 1では、同一のデータを2台以上のディス} クに書き込むため、ディスク容量の利用効率ク書き込む、ディク容量利用効率は50％以下になってしまうというデメリットがある（2台のディスクの容量が異なると利用ある（2台のディスクの容量が異なると、利用効率は50％よりさらに下がる）。例えばのデタを記録するには • 例えば1Tbytesのデータを記録するには、 1Tbytes×2＝2Tbytes分の容量のディスクが必要になる。

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Raid5

耐障害性向高速大容量 • _{RAID 5は、耐障害性の向上と高速化、大容量} 化のすべてを実現できるRAID技術。 • 分散データ・ガーディングとも呼ばれる。ではデスクの故障時に記録デタ • RAID 5では、ディスクの故障時に記録データを修復するために「パリティ」と呼ばれる冗長コードを、全ディスクに分散して保存するの

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Raid5

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RAID 5の動作原理

• データを分割して各ディスクに格納するという原理はRAID 0（ストライピング）と同じだ。異なるのは、データ・ブロックの組（上図でいえば1 ／2や3／4 5／6）ごとにパリティが生成され／2や3／4、5／6）ごとにパリティが生成される点である。たとえ1 台のディスクが壊れても、残りのディスクに格納されたデタとパリティ残りのディスクに格納されたデータとパリティから、失われたデータを復活させることができるる。

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Raid5の利用効率

パ保存必要なは全デク台 • パリティの保存に必要なのは、全ディスク台数に関係なくディスク1台分の容量である。従デ台数が多ど容効従ってディスク台数が多いほど容量の利用効率も向上する。RAID 1（ミラーリング）と比較した場合利効率高さがた場合、この利用効率の高さがRAID 5のメリットの1つとされる。 • ディスク容量の利用効率 • ディスク容量の利用効率 – 100×（n‐1)/n%

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Raid5追加

【デ】低台デ • 【ディスク】最低_{3台のディスク。} ・ブロック単位に分割したデータを、生成したック単位分割デタを、成冗長コードと共に各ディスクに分散して保存・データだけでなくパリティも複数のディスクにデタだけでなくパリティも複数のディスクに分散させることで、速度面でのボトルネックを回避回避・冗長コードにパリティを使用するため、2台以ブがデ上のドライブが同時に故障するとデータの回復ができない。

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Raid6

• RAID6はRAID5の冗長性強化版です。冗長コード(パリティ)を2種類生成し、それぞれデタ本体と共に各ディスクに分散(ストライプ)して記録ぞれデータ本体と共に各ディスクに分散(ストライプ)して記録 • 【読み方】「レイドシックス/レイドロク」です。ダブルパリティRAID 【冗長化機構】2つのパリティ(Parity)を用いて冗長性(Redundancy)を確保【ディスク】最低4台のディスクが必要【ディスク】最低4台のディスクが必要・ブロック単位に分割したデータを、生成した冗長コードと共に各ディスクに分散して保存。・パリティを2種類用意することにより同時に2台のディスクが故障しても回復・パリティを2種類用意することにより、同時に2台のディスクが故障しても回復。・パリティーの保存に2台分の容量を使うため、ディスクの容量効率は落ちます。・RAID5と同様、パリティを処理するため、書きこみ速度は遅い

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パリティ計算に使う排他的論理和

命題 P 命題 Q P ⊻ Q 真真偽真偽真偽真真偽偽偽偽偽偽

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補足説明

のデスクがあた時 • _{A,B,C,Dのディスクがあった時} • パリティを • _{A1 xor B1 xor C1 =P1とおく} • _{P1をディスクDに保存する} • _{P1をディスクDに保存する。} • ディスクBが壊れた場合 • _{P1 oxr (A1 xor C1)で復旧できる。}

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• 論理記号 • プログラミングの書き方プログラミングの書き方 – !(P || Q) == !P && !Q !(P && Q) == !P || !Q – !(P && Q) == !P || !Q • 集合 • ベン図 • ベン図 =

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以下の文は同値か？

「私身あ私 • 「私の身長は _{160 cm 以上であり、かつ私の} 体重は 50 kg 以上」であるの否定g • 「私の身長は 160 cm 以上であり、かつ私の体重は 50 kg 以上」ではない体重は 50 kg 以上」ではない「私の身長は 160 未満であるかまたは • 「私の身長は 160 cm 未満であるか、または私の体重は 50 kg 未満」である

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パス名（絶対・相対パス）

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パス名（絶対パスと相対パス）

フイルやデレクトリにアクセスするためにフイ • ファイルやディレクトリにアクセスするために，ファイルやディレクトリの位置（パス名）を示す必要がある • パス名の指定方法は以下の2種類 • パス名の指定方法は以下の2種類 • 絶対パス • 絶対パス – ルートディレクトリを基点として絶対的な位置を指定する – 例：住所は絶対パス「神奈川県藤沢市遠藤例住所絶対神奈県藤沢市遠藤5322」」 • 相対パス – あるディレクトリを基点にした相対的な位置を指定する – 場合によっては，絶対パスより短いパス名で指定できる – 例：田中君の家は「私の家の右隣」

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絶対パス

絶対パ • fileAの絶対パス ▪ 日本語だと“ルートディレクトリの中の，_{“ルートディレクトリの中の，home}_{homeディレクトリ}ディレクトリ中中デデクク中中の中の の中のt10472mst10472msディレクトリの中のディレクトリの中のfileAfileA”” ▪ 区切りを「/（スラッシュ）」で繋げて， “/h/h /t10472/t10472 //fil Afil A””

“/home/t10472ms//home/t10472ms/fileAfileA””

h /

home

t10472ms s10021sa

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相対パス１

を基点た時相対パ • t10472msを基点にした時のfileBの相対パス ▪▪ “_“fileB_fileB”” • homeを基点にした時のfileBの相対パス ▪▪ “_“t10472ms/_{t10472ms/fileB}//_fileB”” / home t10472ms s10021sa t10472ms s10021sa fileA fileB

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相対パス２

基点から見た親デクを指定するは “ （ピ • 基点から見た親ディレクトリを指定するには，“..（ピリオド2つ）”の記号を使う • t10472msを基点にした時のhomeの相対パス ▪▪ “_“..”_{..”（親ディレクトリは1つだけなので，1つに定まる）} • s10021saを基点にした時のfileBの相対パス ▪▪ “_{“../t10472ms/}_{../t10472ms/fileB}_fileB”” / ../t10472ms/ ../t10472ms/fileBfileB home t10472ms s10021sa fileA fileB

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相対パス３

基点デクをすは “ （ピオド）” • 基点のディレクトリを示すには，“.（ピリオド1つ）”の記号を使う • t10472msを基点にした時のfileAの相対パス ▪▪ “_“./_./fileA_fileA”_{” （基点ディレクトリを明示した場合）} ▪▪ “_“fileA_{fileA””（基点ディレクトリを省略した場合）} • 基点ディレクトリを明示すると， / 基点ディレクトリを明示すると，相対パスによる指定であることが分かる • パス名が読みやすくなる場合がある home • パス名が読みやすくなる場合がある t10472ms s10021sa fileA fileB

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ファイルとディレクトリ

の操作

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GUIとCUI

• Graphical User Interface（GUI） • Graphical User Interface（GUI） – 画面表示にアイコンやメニューを用い，操作の大半をマウスなどのポインティングデバイスによって行なう（）や（）はを備えたイ – Finder（Mac）やExplorer（Windows）はGUIを備えたファイルマネージャ（ファイル管理機能をもつソフトウェア） – 直感的に操作ができる • Character User Interface（CUI）すべての操作をキボドからンドと呼ばれる命令を – すべての操作をキーボードからコマンドと呼ばれる命令を用いて行なう – ターミナル（Mac）やコマンドプロンプト（Windows）を使うと CUIを使てコンピタを操作できる CUIを使ってコンピュータを操作できる – 効率よく命令を記述でき，慣れれば素早く操作を行える

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ターミナル

ド操作を行うためにはタミナとうプ

ターミナル

• コマンド操作を行うためには，ターミナルというプログラムを使う • 起動方法 – 初期設定ではDockに登録されている – Dockにない場合 Fi d を起動する • Finderを起動する • サイドバーのアプリケーションを選択する • ユーティリティフォルダ中の，ターミナルをクリック

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コマンド

ピタに与える命令と • コンピュータに与える命令のこと • CUIのターミナルでは（マウスによるボタン操作ではなく），文字で命令を伝える字で命令を伝える例フイルの移動 • 例：ファイルの移動 Finder（GUI）だとマウスで命令ターミナル（CUI）だと文字で命令 % mv 第2回情報基礎課題.doc /Users/ ユーザ名/Documents/

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プロンプト

タを起動するがれる • ターミナルを起動すると，_{%マークが現れる} • これをプロンプトと呼びコンピュータがコマンこれをプロンプトと呼び，コンピュタがコマンドによる指示を待っている印（しるし）ドを入力したらタキを押すと • コマンドを入力したら，エンターキーを押すと命令が実行される % コマンドこのスライドではエンターキーを押すタイミングをで表現しています

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なぜコマンド操作を学習するか

サバはマンドで操作することが多い • サーバはコマンドで操作することが多い ▪ プロバイダから提供されているWebサーバを設定する所属する研究室会社のサバの管理をする ▪ 所属する研究室・会社のサーバの管理をする効率よくピタに仕事を指示するとがきる • 効率よくコンピュータに仕事を指示することができる ▪ シェルスクリプトイドカド ▪ ワイルドカード

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ファイル・ディレクトリの操作のコマンド一覧 d → カレントデレクトリの絶対パスを表示 • pwd → カレントディレクトリの絶対パスを表示 • ls → ディレクトリの内容を見る • cd → カレントディレクトリの移動 • less → ファイルの内容を見る • mkdir → 新しいディレクトリを作る • cpcp → ファイルのコピーを作る→ ファイルのピを作る • mv → ファイルの移動・ファイル名の変更 • rm → ファイルの削除 • rm → ファイルの削除 • rmdir → ディレクトリの削除

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カレントディレクトリ

ドよイやデクトを操作 • コマンドによってファイルやディレクトリを操作する場合，相対パスでファイルやディレクトリを指定する方が便利を指定する方が便利 • 現在の作業ディレクトリのことをカレントディレ現在の作業ディレクトリのとをカレントディレクトリ（ワーキングディレクトリ）という • カレントディレクトリからの相対パスでファイル • カレントディレクトリからの相対パスでファイルを指定することができるタミナルを起動した直後のカレントディレク • ターミナルを起動した直後のカレントディレクトリは「ホームディレクトリ/CNSiMac」になる

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カレントディレクトリの表示

略ド • _{pwd（print working directoryの略）コマンド} – カレントディレクトリの絶対パスを表示するカンディクリ絶対を表示する % pwd /a/fs0102a/t10472ms ファイルサーバは何台かのコンピュータで分担してホームディレクトリを保管していファイルサバは何台かのコンピュタで分担してホムディレクトリを保管しているので，本当のホームディレクトリの絶対パス名は /a/fs0102a/t10472msのようにファイルサーバの番号とログイン名を組み合わせたものになっています誰のホームディレクトリがどのファイルサーバにあるかを覚えるのは大変なので誰のホムディレクトリがどのファイルサバにあるかを覚えるのは大変なので， /a/fs0102a/の部分をまとめて，'/home' と表わします

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ディレクトリの内容を見る１

略ド • _{ls（listの略）コマンド} – カレントディレクトリにあるファイルとディレクトリのカレントディレクトリにあるファイルとディレクトリの一覧を表示する % ls

Desktop Maildir XPAppCNS Wnn XPDataCNS

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ディレクトリの内容を見る２

オプシ • ‐a オプション – .emacsのように先頭がドットで始まるファイルは，ソフトの設定使うイな普通は表されな設定に使うファイルなので普通は表示されない – ls コマンドに –a オプションを付けると表示できるプ – ls のあとに1つ空白をあけてからオプションを入力する – オプションをつけることで，コマンドの機能を拡張できる % ls -a . .gnome2 .w3m .. .gnome2_private .winman

.ICEauthority .gstreamer-0.8 .xsession-errors .cshrc .gtkrc-1.2-gnome2 Desktop

.emacs .metacity Maildir emacs d mh profile Wnn .emacs.d .mh_profile Wnn

.folders .mozilla XPAppCNS .fonts.cache-1 .nautilus XPDataCNS

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ディレクトリの内容を見る３

デクパ名を数（きすう）と指定 • ディレクトリのパス名を引数（ひきすう）として指定 – カレントディレクトリ以外のディレクトリを見たいときは，そデクパ名を後けるのディレクトリのパス名を ls の後につける – コマンドの後に1つ空白をあけてから付け加えるものをこのコマンドの引数（ひきすう）と言うのコマンドの引数（ひきすう）と言う % l M ildi % ls Maildir courierimaphieracl courierimapuiddb tmp courierimapkeywords cur courierimapsubscribed newp

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【演習 Macの人】 lsコマンドを極めよう自分のホムデレクトリにあるイルのうち最も新しい • 自分のホームディレクトリにあるファイルのうち最も新しいファイルを見つけてみよう – ファイルを新しい順に表示するオプションはファイルを新しい順に表示するオプションは t ‐t • 実験してみよう – ls の引数に存在しないディレクトリ名を指定してみる – ls ‐l の引数にディレクトリでは無く，ファイルを指定してみる • ls コマンドのその他の機能について調べてみよう

– コマンドのマニュアルを表示するにはコマンドのマニュアルを表示するには，man コマンドを使う（manの引man コマンドを使う（manの引数に調べたいコマンド名を指定する）

% l % man ls

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カレントディレクトリの移動

（略）ド • cd（change directoryの略）コマンド – 移動したいディレクトリのパス名を引数として指定 – 引数のディレクトリのパス名は相対パスでも絶対パスでもよい – 引数を省略すると，カレントディレクトリをホームディレクトリ（特別教室のMacの場合は，「ホームディレクトリ /CNSiMac」）に変更する /CNSiMac」）に変更する % cd Maildir % pwd % pwd /a/fs0102a/t10472ms/Maildir % cd /home/t10472ms/Maildir / / / % pwd /a/fs0102a/t10472ms/Maildir

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ファイルの内容を見る

ド • _{less コマンド} – テキストファイルの中身を見ることができるテキァイル中身を見るきる – 引数に内容を見たいファイル名を指定ファイルをスクロルするには Spaceキを使う – ファイルをスクロールするには，Spaceキーを使う – 閲覧を終了するにはqキーを押す

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新しいディレクトリを作る

略ド • _{mkdir（make directoryの略）コマンド} – 引数に作りたいディレクトリの名前を指定する引数作りたディクリ名前を指定する – 正常に作成できると，何も表示されないので，ls コマンドで確認するとよいコマンドで確認するとよい % mkdir memo % mkdir memo % ls

Desktop Maildir XPAppCNS Wnn XPDataCNS test1 test memo

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ファイルをコピーする

（略）ド • cp（copyの略）コマンド – コピー元のファイルと新しく作るファイルの名前を空白で切引数指定する区切って引数で指定する – 新しく作るファイルの代わりにディレクトリ名を指定すると，そのデレクトリの中に同じ名前で新しいフイルが作成そのディレクトリの中に同じ名前で新しいファイルが作成される % ls fileA testdir % cp fileA fileB % ls

testdir fileA fileB % cp fileA testdir % ls testdir

% ls testdir fileA

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ファイルの移動・ファイル名の変更

（略）ド • mv（moveの略）コマンド – ファイルを移動する場合は，mv の後に移動したいファイルの名前，移動先のパス（相対パスか絶対パス）を空白で区切って指定するフイル名を変更する場合はの後に変更したいフ – ファイル名を変更する場合は，mv の後に変更したいファイルの名前，新しいファイル名を空白で区切って指定する % ls fileA testdir % mv fileA testdir % cd testdir ※ファイル名の変更の際，変更先のファイル名が既存在するもあた % cd testdir % ls fileA % mv fileA fileB に存在するものであった場合，そのファイルに上書きされ元の内容は消え % ls fileB てしまうので注意

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ファイルの削除

略ド • _{rm（removeの略）コマンド} – 削除したいファイル名を引数として指定削除したァイル名を引数し指定 – 空白で区切って複数のファイル名を指定できる % ls fileA fileB % rm fileA % ls fileB fileB

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ディレクトリの削除

（略）ド • rmdir（remove directoryの略）コマンド – 削除したいディレクトリ名を引数として指定 – 空白で区切って複数のディレクトリ名を指定できる – ディレクトリの下にファイルがある場合，削除できない – ディレクトリの下にあるファイルを全て削除するか移動するかした後，ディレクトリを削除する % ls

testdir fileA fileB testdir fileA fileB % rmdir testdir % ls

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アクセス権と保護モード

(56)

アクセス権と保護モード

他ザイ（メ内容等）を勝手に閲 • CNSの他のユーザのファイル（メールの内容等）を勝手に閲覧されては困るため，適切なアクセス権を設定する必要があるる • ファイルやディレクトリごとに，他のユーザからのアクセスを許可したり禁止したりする保護モードを設定する機能があ許可したり，禁止したりする保護モドを設定する機能がある • 保護モードは「誰が」と「どうする」という組み合わせ（3×3）に保護ドは誰が」とどうする」とう組み合わせ（）対して，許可か禁止かを決めたものどうするどうする誰が誰が 1. 読み出し（read） 2. 書き込み（write） 3. 実行（execute） 1. ファイルの持ち主のユーザ自身（user） 2. グループのメンバ（group） ※ 学生はすべて同じグループに属する

×

_実行（ _） 3. その他（other）

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保護モードの確認

• l lで保護モドの確認ができる • ls ‐lで保護モードの確認ができる

% ls -l

-rw-r--r-- 1 t10472ms student 153 Apr 20 15:30 fileA

d rwx rwx rwx

種別

_{d rwx rwx rwx}

ディレクトリならd

ファイルなら－

userに関する設定 groupに関する設定 otherに関する設定

• 新しく作ったファイルは rw‐r‐‐r‐‐になる「r（readの略）」，「w（writeの略）」，「x（executeの略）」それぞれの許可「－」は禁止を示す新しく作ったファイルは rw r r になる • ディレクトリは rwxr‐xr‐x になる • メールを保存するディレクトリ（Mail）はrwx‐‐‐‐‐‐

(58)

保護モードの変更

略ド • _{chmod（change modeの略）コマンド} – 1番目の引数で，「誰が（u，g，o）」と「どうする」（r，番目引数，誰（，g，）」うする」（， w，x）を＋か－でつないで保護モードを指定（＋は許可，－は禁止）許可，禁） – 2番目の引数で変更したいファイル名またディレクトリ名を指定するトリ名を指定する % ls -l total 0

-rw-r--r-- 1 t10472ms student 153 Apr 20 15:30 fileA % chmod go-r fileA

% ls –l t t l 0 total 0

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保護モード数字で指定

フイルのパミシン（権限）は数字で表現するこ • ファイルのパーミッション（権限）は、数字で表現することも出来る。 r（読み込み）を『４』（読込）を『』 • _{w（書き込み）を『２』} • x（実行）を『１』と表現。 • 例）_{rw‐rw‐r‐‐ hoge.txt} 上記ファイルはrw （4+2）rw （4+2）r （4) hoge txt 上記ファイルはrw‐（4+2）rw‐（4+2）r‐‐（4) hoge.txt • のため、パーミッション『664』とも表現できます。 • ですので _{Otherに書き込み権限を与えるには下記} • ですので、_{Otherに書き込み権限を与えるには、下記} でも同じ結果になります。 chmod 666 hoge.txt

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chown

• すべてのファイルには所有者という概念が存在します。 • ファイルのオーナーを変更したいとき。 • 例）hoge.txtのオーナーをuserAからuserBに変更する。

chown userB hoge.txt chown userB hoge.txt

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第3回

プジブ • プロセス，ジョブ • プロセス管理時分割処理とプロセス切り替プロセス管理、時分割処理とプロセス切り替え、スケジューリング、プロセス表

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OSの位置づけ

金融システム飛行機の座席予約システムアドベンチャーゲームアプリケーション・プログラムコンパイラエディタコマンド・インタプリタオペレーティングシステム機械語システム・プログラム機械語マイクロプログラムハードウェア物理装置

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OSとは何か

拡 • 拡張マシンとしての_OS – ハードウェアの詳細を隠蔽し、拡張マシンハドウアの詳細を隠蔽し、拡張マシン (extended machine)、仮想マシン(virtual machine) としての機能をユーザに提供機能をザ提供 • 資源管理システムとしての_OS CPU メモリなどを管理する – CPU、メモリなどを管理する • 複数のプロセス、複数のユーザに競合や不整合が起こらないように資源を割り当てるこらないように資源を割り当てる

(64)

単位の説明

• ジョブジョブ – ユーザがシステムに対して依頼する仕事の単位 • プロセス – システムが処理する仕事の単位システムはジョブをプロセスに分割して処理 – システムはジョブをプロセスに分割して処理 – リソースはプロセス単位で割り当てられる

(65)

プログラムの処理形態

バ処 • バッチ処理 – 必要な情報を前もって決定必要な情報を前も決定 – 実行してほしいジョブを一括依頼 • 対話（インタラクティブ）処理そのつどプログラムに対して入力を行う – そのつど、プログラムに対して入力を行う

(66)

バッチ処理

ジョブを括して依頼 • ジョブを一括して依頼 – ユーザは、必要なリソース、実行したいプログラム、処理に使うデータの全てをあらかじめ決定処理に使うデタの全てをあらかじめ決定 – それをJCL (Job Control Language) によって記述し、コンピュータに投入

//JOB1 JOB (12345), CLASS=X

//STEP1 EXEC PGM=TEST

//DDIN DD DISP=SHR, DSN=INPUT1

//DDOUT DD DISP=(NEW CATLG) DNS=OUTPUT(+1)

– 各ジョブは、実行中は全てのリソースを占有する

//DDOUT DD DISP=(NEW, CATLG), DNS=OUTPUT(+1),

// UNIT=SYSDA, SPACE=(CYL,(15,15),RLSE),DCB+*.DDIN :

(67)

バッチ処理

待ち行列 Job Job Job リソスリソース（CPU, メモリなど） • 一定期間ごとに大量のデータを集めて処理するような場合に便利処理するような場合に便利 – 例）売り上げデータ・受注データの集計

(68)

バッチ処理

利点 • 利点 – スケジューリングが単純前もプグが必すがわ • 前もって、プログラムが必要とするリソースがわかる • 複数のジョブのスケジューリングが比較的楽例）必要リソースの少ないジョブを優先的に実行すると例）必要リソスの少ないジョブを優先的に実行すると全ジョブの平均待ち時間（ターンアラウンドタイム）が短くなるジョブの切り替えも少なくてすむため無駄が少ない • ジョブの切り替えも少なくてすむため、無駄が少ない • 欠点 • 欠点 – 前もって全てを決めないとジョブが投入できない

(69)

対話（インタラクティブ）処理

必要に応じて人間が入力しそれを処理する • 必要に応じて人間が入力し、それを処理する – 人間の反応速度は 10‐1_秒 _程度ダ – 計算機は 10‐9_秒 _{オーダで命令を処理} – 人間の入力を待っている時間はすごく無駄特に昔計算機が非常に高価だた時代はなおさら特に昔、計算機が非常に高価だった時代はなおさら – 一定時間に処理できる仕事量（スループット）が低下＝もったいない＝もったいないタイムシアリングシステム（TSS） • タイムシェアリングシステム（TSS） – 使っていないCPU時間を他に割り当てよう!

(70)

タイムシェアリングシステム

非常に短い時間を複数プロセスに順に割当 • 非常に短いCPU時間を複数プロセスに順に割当 – 割り当てられる単位時間（クオンタム）は数十ms – 割当が一周したらまた最初から • プロセスから見ると... – 細切れのCPU使用権（時間）が、短い間隔を置きながら与えられる – プロセスは入力待ちなどの遊びも多いので、の「短い間隔はザからは見えにくくこの「短い間隔」はユーザからは見えにくく、さも_{CPUを占有して使っているように見える}

(71)

タイムシェアリングシステム

点 • 利点 – 自分のほかに大きなプロセスがあっても、自分ほ大きなあも、そのプロセスが終わるまで長い間待たされたりしないな（↑バッチ処理ではありうる） – ユーザから見ても対話的に入力してからその反 – ユザから見ても、対話的に入力してからその反応が返ってくるまでの時間（レスポンスタイム）が返ってくるまでの時間（レスポンスタイム）が短くなる

(72)

バッチ処理と対話処理

バッチ処理対話処理スパコンメインフレームパソコン・計算速度最優先・１つのジョブ自体も大きい・銀行の勘定系、企業の基幹・バッチとTSSが共存・ほとんどが対話処理ポタイム最優先１つのジョブ自体も大きい・オーバヘッドが少ないバッチ処理バッチとTSSが共存・レスポンスタイム重視で、対話処理を優先・レスポンスタイム最優先

(73)

リアルタイム処理は実はとても難しい

• ある決められた時間に必ず処理を終わらせる • ある決められた時間に必ず処理を終わらせる – 例）自動車の安全装置 – 「「他のプロセスにリソースが使われて他のプロセスにリソスが使われていたので間に合いませんでした」では済まない！クオンタムの短いTSSでも間に合わない可能性 – クオンタムの短いTSSでも間に合わない可能性 • どうやったら実現できるか＝非常に複雑どうやったら実現できるか＝非常に複雑 – 同時実行プロセス数に制限 – 記憶領域の使用制限記憶領域使用制限 – etc, etc... – しかも処理速度を落としてはいけない

(74)

プロセスとは

• プロセス

プロセス

– リソースの割当対象となる（仕事の）単位を求 – OSに対してリソースを要求 – OSからリソースの割当を受ける受

(75)

プロセス（プログラム）とプロセッサプロセス（プログラム）とプロセッサユニプロセッサユニプログラミング • ユニプロセッサ・ユニプログラミング – ひとつのCPUに対してひとつのプロセスバッチ処理プロセス – バッチ処理 • ユニプロセッサ・マルチプログラミングユニプロセッサマルチプログラミング – ひとつのCPUに対して複数のプロセス – TSSTSS • マルチプロセッサ・マルチプログラミングプロセスプロセスプロセスプロセス – 複数のCPUに対して複数のプロセス – 並列・分散処理プロセスプロセスプロセスプロセス

(76)

プロセスの切り替え

• 複数プロセスを切替えながら実行メモリ（主記憶） – プロセスA – プロセスB • 記憶領域の圧迫プロセスC A C – プロセスC • 記憶領域の不足 • 置き換えコスト置き換え – プロセスA • また不足また置き換え • また置き換え B

(77)

プロセスとスレッド

複数プロセスの同時実行はコストが高い • 複数プロセスの同時実行はコストが高い – メモリ使用量が増加切り替えコストも大きい – 切り替えコストも大きい • 複数CPUを備えた計算機の一般化デュアルプロセッサデュアルコア – デュアルプロセッサ，デュアルコア – 同時実行できるプロセス数よりCPUが多いと CPUが遊んでいてもったいない CPUが遊んでいてもったいない • スレッドッド – プロセスをさらに小さい単位に分割 – CPUリソースをスレッドごとに割当

(78)

スレッド

例） _f _ff • 例）Microsoft Office – プロセス • Microsoft Word • Microsoft Excel • 各プログラムはプロセスとして処理 • 各プログラムはプロセスとして処理 – スレッド • たとえばWordの場合たとえばWordの場合 • 印刷 • 編集 • など、同じ「Word」というプログラムの中で、同時（並行）動作できる単位がある！

(79)

スレッド

リソス割当 • リソース割当 – プロセス単位 • メモリ入出力デバイス etc • メモリ，入出力デバイス，etc... – スレッド単位 • CPU • スレッド – TSSによる切り替えオーバヘッドが軽い • 同一プロセスから生成されてるからメモリ領域が同じ • メモリ使用量は1プロセス分ですむ • メモリ使用量は1プロセス分ですむ

(80)

プロセス

プ実行中プグ • プロセス _{= 実行中のプログラム} – アドレス空間（コアイメージ）ア空間（アイジ） • 実行可能プログラム、データ、スタック – プロセス表 – プロセス表 • レジスタや実行に必要なほかの情報プロセスにおける木構造 • プロセスにおける木構造 • シグナル – タイマ終了などの通知プロセス間通信 – プロセス間通信

(81)

プロセスの概要

実行中プグ • 実行中のプログラム – プログラム・カウンタ、レジスタ、変数を含むグラカウンタ、ジタ、変数を含むプロセスのメモリ・イメージ stack stack segment: ローカル変数、_{サブルーチンの戻り番地等} (低アドレスへ）プロセスのメモリイメジ (低アドレスへ） data data segment: データ（グローバル変数）_{（高アドレスへ）} text text segment: 命令の列 0x00000000

(82)

マルチプログラミング

ピタ上は複数プが実行され • コンピュータ上では複数のプロセスが実行されている • １つのCPUは一度に１つのプロセスのみ実行される複数のプロセスが並列実行されているようにみ • 複数のプロセスが並列実行されているようにみせかける（疑似並列:pseudoparallelism）プググ → マルチプログラミング実行するプロセスを高速に切り替える（スケジューリン実行すを高速切り替（ケリグ）

(83)

プロセスの状態

プ状態 • プロセスの３つの状態 – 実行中（実行中（running）g） • CPUが割り当てられている状態 – 実行可能状態（ready） – 実行可能状態（ready） • 実行可能だが、ほかのプロセスが実行中のため、一時的に待機している状態時的に待機している状態 – 待ち状態（block） • 外部イベントが発生するまで実行不可能な状態 • 外部イベントが発生するまで実行不可能な状態

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マルチプログラミング

• プロセッサは常に1つのプログラムしか実行できない複数プグを替実 – マルチタスクでは，複数のプログラムを切り替えて実行しなければならない。 – プリエンプティブ方式は，OSがプロセッサの実行権限を管理しプロセスの実行を切り替える方式である現を管理し，プロセスの実行を切り替える方式である。現在のOSは，プリエンプティブ方式が主流だ。 – ノンプリエンプティブ方式（「擬似マルチタスク方式」）は，プロセスの切り替えをプログラム自身に任せる方式プロセスの切り替えをプログラム自身に任せる方式。ただし，ノンプリエンプティブ方式では，あるプログラムがプロセッサを長時間占有することも可能で，この場合はシングルタスクと同じになってしまう。昔のMac OS やはノンプリンプテブ方式やWindows 3.1は，ノンプリエンプティブ方式。

(85)

プロセスの３状態遷移

プが例ば待ブ状態 1. プロセスが（例えば）入力待ちでブロック状態へ 2 スケジューラが別のプロセスを選択する 2. スケジュラが別のプロセスを選択する 3. スケジューラがこのプロセスを選択する 4. 入力データが準備できた実行中 running 1 ₂ 実行中 1 ₂ 3 待ち実行可能 ready block 4

(86)

スケジューラ

• _{ready状態にあるプロセス群から、どのプロセ} スにCPUを割り当てrunning状態にするかを決定する機能定する機能

スレッド

軽いプロセス • 軽いプロセス • アドレス空間共有 • スレッド毎に、プログラムカウンタ、レジスタ管理スタック PSW(状態) 理、スタック、PSW(状態)

(87)

プロセスの切り替え

CPUの仮想化 • CPUの仮想化 – OSがプロセス・スレッドに対して CPUの実行権を微小時間与える CPUの実行権を微小時間与える • 割込み – 通常のCPU演算動作とは異なる事象のこと通常のCPU演算動作とは異なる事象のこと • キーボード入力を受け取った • 自動車がどこかに衝突したデが • サーバからデータが送られてきた – 割込み発生時にプロセスの切り替えが起こる TSSではプロセス切り替えのために – TSSでは、プロセス切り替えのためにインターバルタイマーが定期的に割込みを発生

(88)

割込み

割処 • 割込み処理 – 割込みは、即座に処理すべき場合が多い割込みは、即座処理すき場合多 – 高速かつ軽量に割込みを処理する実行方式

(89)

割込みの種類

内部割込み • 内部割込み – 実行中のプログラムを発生原因とする例）プログラム自体が他の処理を要求 – 例）プログラム自体が他の処理を要求プログラム自体の異常 • 外部割込み – その他の要因で発生するその他の要因で発生する – 例）他の優先的処理からの要求順番待ちしていた他の処理への移行ハドウア異常ハードウェア異常特殊な処理

(90)

割込みの種類

内部割込み • 内部割込み – スーパバイザコール割込み – プログラムチェック（例外）割込み • 外部割込み入出力割込み – 入出力割込み – タイマ割込みマシンチク割込み – マシンチェック割込み – リスタート割込み

(91)

割込みの種類

(92)

内部割込み：スーパバイザコール割込み内部割込み：スパバイザコル割込みユザモド • ユーザモード – アプリケーションには許されていない処理がある • プロセスの切り替え • プロセスの切り替え • 入出力デバイスへのアクセス • etc.. • スーパバイザモード – そこでアプリケーションは、OSに対して処理を依頼 – OSの権限で，処理を実行してもらうパバイザ • スーパバイザコール – アプリケーションがOSに処理を依頼すること

(93)

スーパバイザコール割込みスパバイザコル割込みスパバイザコル • スーパバイザコール – このとき割込みが発生 CPUの実行モドが切り替わるスーパバイザコール – CPUの実行モードが切り替わる CPUの実行モドザコル • CPUの実行モード – スーパバイザモード • OSを実行するモードユーザモードスーパバイザモード割込みによる移行 • OSを実行するモード • CPU内の全てのリソースを利用可能 – ユーザモード • アプリケーションを実行するモード • 利用できるリソースに制限あり

(94)

割込みの種類

(95)

内部割込み：プログラムチェック（例外）割込み内部割込み：プログラムチェック（例外）割込み実行中のプログラムで異常が発生したとき • 実行中のプログラムで異常が発生したとき – ゼロによる除算division by zero – 演算時のオーバフロー integer overflow – 不正なメモリアドレスへのアクセス segmentation violation • この割込みを検知するしくみがないと... segmentation violation この割込みを検知するしくみがないと... – 上記の異常が発生したときにシステム全体が停止してしまうかも...

(96)

割込みの種類

(97)

外部割込み：入出力割込み外部割込み：入出力割込み装生する割 • 入出力装置から発生する割込みスーパバイザコールにより入力受付開始（スーパバイザコール割込み）入力が終了したことを知らせる（入出力割込み）（入出力割込み）

(98)

割込みの種類

(99)

外部割込み：タイマ割込み外部割込み：タイマ割込み • インターバルタイマによる割込みインタルタイよる割込み – TSSでは，定期的な切り替えが必要インタバルタイマが定期的に割込みを発生させ – インターバルタイマが定期的に割込みを発生させることで、これを実現プロセスA プロセスB プロセスC インターバルインタルタイマ

(100)

割込みの種類

(101)

外部割込み：マシンチク割込みマシンチェック割込みドウ通知される • ハードウェアによって通知される異常時に発生する割り込み – 冷却装置の異常 • 内部の温度が上がりすぎているのを検出内部の温度が上がりすぎているのを検出 – 電源装置の異常 – etc...

(102)

外部割込み：リスタート割込み

外部割込み：リスタト割込み

をするき生する割

(103)

割込みの種類：まとめ

内部割込み • 内部割込み – スーパバイザコール割込み – プログラムチェック（例外）割込み • 外部割込み入出力割込み – 入出力割込み – タイマ割込みク割込 – マシンチェック割込み – リスタート割込み

(104)

割込みによる

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割込み発生時の処理

実行中プを中 • 実行中のプロセスを中断 • 割込み処理ルーチンに移行 • 割込み処理が終わったら、プロセスを再開

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プロセスの中断

（ _d） • PSW（Program Status Word） – プロセスは、後で再開しないといけない – 再開するためには、今の途中状態を覚えておかないといけないいけない – 状態： • プログラムカウンタの値 • プログラムカウンタの値 • スタックレジスタの値 • 汎用レジスタの値 • 割込みマスクの値 • etc...

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プロセスの中断

メモリ（主記憶） • _{PCB (Process Control Block)} – メモリ上の、リ、PSWを退避を退避するための領域割込み割込みどこまで処理したか PCB 今処理しようとしてたことは何かどこから再開したらよいか PSW したらよいか

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割込み処理ルーチンの仕事

割種類をする必メモリ（主記憶）番地 • 割込みの種類を判別する必要 – 種類に応じて処理を実行ディスク_割込処理 0x0100 種類応じ処理を実行 • 割込みベクタ割込みの種類に対応する割込処理 – 割込みの種類に対応する数字（ID）キーボード割込処理 0x0500 割り込みベクタテーブルネットワーク割込処理 0x0580 0x0580 0 0100 0 1 割込処理 0x0100 0x0500 2 : :

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プロセスの再開

実行能なプメモリ（主記憶） • 実行可能なプロセスからプロセスを選択 – 割込によって中断されたプロセスが常に再開されるプロセスが常に再開されるわけではない • 選択されたプロセスのプロセスAのPSW • 選択されたプロセスの PSWからCPU状態を復元再開プロセスBのPSW して再開プロセスCのPSW

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プロセスの中断と再開：まとめ

中断 • 中断 – CPU状態をPSWという形で、メモリ内の_PCBへ保存メモリ内の_PCBへ保存 • 割込ルーチン – 割込ベクタ割込ベクタ（割込の種類を示す値）を放送（割込の種類を示す値）を放送 – その値を割込ベクタテーブルでひいて、割込に対応するルーチンの主記憶アドレスを取得 – ルーチン実行 • 再開 – 実行可能プロセスからスケジューラが1つ選択 – 対応するPSWからCPU状態を復元

(111)

プ

状態

プロセスの三状態

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プロセスの状態

「実行能なプ • 「実行可能なプロセス」とは_? • プロセスの状態実行中? yes no 実行中? 実行 CPUが空き次第実行できる？ no yes 実行可能待ち

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プロセスの状態

実行状態（） • 実行状態（running） – プロセスを実行している状態 – リソースは，そのプロセスのために確保されている • 実行可能状態（実行可能状態（ready）ready） – 実行できるが、CPUリソースが確保できていない状態 CPUリソスを確保した時点で実行開始される – CPUリソースを確保した時点で実行開始される • 待ち状態（wait） – CPU以外のリソースも確保できていない状態 – 入力待ちなどもこれに含まれる待含

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状態遷移

実行能 CPUリソースが実行可能（ready） CPUリソスが割り当てられた（順番がまわってきた） CPU以外のリソースを獲得 or スパバイザル終了スーパバイザコール終了待ち実行割込み待ち（wait）実行（running）スーパバイザコールスパバイザコル or CPU以外のリソース喪失

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状態遷移

実行能入出力完了までの時間が実行可能（ready）入出力完了までの時間 CPU速度に比べて圧倒的に遅いため人間の反応速度： 10-1秒 CPUの動作速度： 10-9_秒待ち実行待ち（wait）実行（running）スーパバイザコール

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仮想

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エミュレーション

近 • 最近は_... – ハードウェアが非常に高速化ウア非常高速化 – 他のハードウェア資源全体（システム）を仮想化することも可能になってきたすることも可能になってきた • エミュレーション – ハードウェア環境をソフトウェアで仮想化 – 計算機上で他の計算機環境を仮想的に提供機機

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ハードウェアエミュレーション

計算機構造もを仮想 • 計算機の構造そのものを仮想化 – VMware • IBM/PC環境のOS (Solaris, Linux, Windows) 上に仮想的なIBM/PC環境を構築 Linux 仮想計算機 Windows

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お断り

本授業資料の作成にあたり • 本授業資料の作成にあたり • 慶應大学SFC IPL/ITB 岩井クラス • 戸辺義人先生戸辺義人先生 • 田浦健次朗先生 • 降旗大介先生 • 松尾啓志先生 • Wikipediaなどの資料を参考にさせていただいています。ありがとうございます • ありがとうございます。

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ＭＴＴＦ（故障までの平均時間）

htt // 8 l l j / 2/ hi i i/ hi i i3 ht • http://www8.plala.or.jp/ap2/shinraisei/shinraisei3.htm l#mttf • 有名な計算式 – MTTFraid1 = (MTTF x MTTF)/(2 x MTTR) 平均故障時間 • MTTF:平均故障時間 • MTTR:平均修理時間 • ディスクの故障は独立事象か？ • ディスクの故障は独立事象か？ – 同一機種、同一動作 • 故障の要因故障の要因 – （偶発＋環境＋使用）×個体差 • 故障確率は一定ではない確率時間