【Linux カーネル: OS 基礎入門１】OS、カーネルとは

本記事は全５回に渡る Linux カーネルの解説のうち第１回「OS、カーネル」に関する記事です。

その他の Linux カーネルの解説については以下の記事をご確認ください。

Linux OS とは

Linux はオープンソースの（ソースコードの公開された）OS です。
OS には、主に以下の２つ役割があります、
・「ハードウェアリソース（CPU やメモリ等）の管理」
・「ハードウェアの抽象化（ハードウェアの違いを OS が吸収）」

仕様の異なるハードウェアでも、ソフトウェアは同じ命令で操作可能
- A 社の SSD でも、B 社の SSD でも、C 社の USB メモリでも、OS に write() 命令を渡すと書き込みしてくれる

Linux OS は以下の要素から構成されます。

カーネルとは、CPU の動作モードがカーネルモードで動作するソフトウェアのことです。
カーネルは、プロセス（動作中のプログラム）がハードウェアリソース（CPU, Memory, マウス, キーボード, モニターなど）を操作するために利用します。

CPU の動作モードには次の２つがあります。

カーネルモード
- 全てのリソースにアクセス可能なモード
- カーネルソフトウェアはこのモードで動作
- 単一のプロセス（動作中のプログラム）で実行
- つまり、他のプロセスが実行中の場合は、割り込んで処理
ユーザーモード
- 処理に制限があるモード
- カーネルソフトウェア以外のソフトウェアはこのモードで動作
- 複数のプロセスを同時実行可能

システムコールは、プロセスがカーネル機能を呼び出す処理のことです。

例えば、プロセスがハードウェアリソース（SSD, USB メモリ等）にデータを保存するには、システムコールを呼び出します。これはユーザーモードのプロセスでは、ハードリソースにアクセス出来ないからです。

プロセスから呼び出されるシステムコールの一覧は strace <実行プログラム> で確認可能です。

strace echo hello

execve("/usr/bin/echo", ["echo", "hello"], 0x7fff614927f8 /* 42 vars */) = 0
brk(NULL)                               = 0xe9f000
・・・・

システムコールの一覧は以下の記事で確認可能です。

システムライブラリは、アプリケーションソフトウェアがカーネル機能を呼び出すために利用するライブラリです。（つまりライブラリの中身はシステムコールが含まれます）

システムライブラリの具体例は glibc ライブラリです。

アプリケーションソフトウェアは、以下の２つの方法でカーネル機能を呼び出せます。

システムコールを直接呼び出すのではなく、システムライブラリを経由する理由は以下の２つです。

システムユーティリティとは、コンピュータシステムの「分析・管理・保守」等を行うソフトウェアのことです。

具体的には以下のようなソフトウェアを指します。

UNIX におけるシステムユーティリティの一覧は以下の wiki にまとめられています。

ここでは、カーネルの代表的な機能を４つ紹介します。