Linuxカーネルとは？機能6つやカーネルに関する用語を解説

Linux

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サーバー

公開日時: 2020-08-27 　更新日時: 2022-04-27

この記事でわかること

Linuxとは？

LinuxとはWindowsやMacと同じOS（オペレーティングシステム）の一種です。Linuxはリーナス・トーバルズ氏に開発されたOSで、1991年にはじめて公開されました。

もともとLinuxはパソコン用として開発されましたが、現在では多くのLinuxディストリビューションが生まれ、サーバーやスマートフォンなどあらゆる分野のシステムに活用されています。

Linuxカーネルとは？

Linuxカーネルとは最初に開発されたLinuxのことです。現在ユーザーが利用しているLinuxとはLinuxディストリビューションのことで、インストールすればすぐにLinuxを利用できるように必要なソフトウェアなどがセットになっています。

一方、Linuxカーネルは無料で誰でも利用でき、さらに再配布も自由とされていることから、多くの企業や団体がLinuxカーネルを利用して独自のLinuxディストリビューションを作成しています。

Linuxカーネルの機能6つ

Linuxユーザーが利用しているLinuxはLinuxディストリビューションのことを指しているため、普段Linuxを使用しているという方でも、Linuxカーネルがどのような機能を持ったものなのか知らないという方も多いでしょう。

LinuxカーネルはOSの根幹となるもので、他にデスクトップ機能などの要素が組み合わさることでOSとして利用できるようになります。

ここではLinuxカーネルが持っている機能6つをご紹介していきますので、ぜひ参考にしてみてください。

1：メモリ管理

Linuxカーネルでは物理メモリと仮想メモリを使用してデータの管理を行っています。Linuxカーネルのメモリ管理機能では直接物理メモリのアドレスを割り当てるのではなく、仮想アドレスを割り当てることによって物理メモリの容量を超えた大容量のメモリ利用が実現可能です。

さらにプロセスごとに固有の仮想アドレスが割り当てられていることから、それぞれのメモリ空間が独立しています。

2：システムコールとセキュリティ

Linuxカーネルはアプリケーションの要求に対してシステムコールを通して処理を行っています。システムコールとは非特権のプログラムがカーネルに対して処理を依頼することです。

Linuxカーネルはパソコン全てのリソースにアクセスできますが、他のプログラムが勝手にリソースにアクセスできるようになっては大変です。そのため、システムコールを利用することで勝手にリソースを触れないようにして、セキュリティ性を維持しています。

3：プロセス管理

Linuxカーネルはプログラムが実行する際に「プロセス」という単位で管理を行っています。また、プロセスにはtask struct構造体と呼ばれるデータ構造が用意されており、プロセスが動作するのに必要なメモリアドレスやPIDなどが記憶されています。

そのため、Linuxカーネルがプロセス管理を行う際に、実際に行っているのはtask struct構造体の操作です。

4：プロセススケジューラ

Linuxカーネルにはプロセススケジューラというプロセスを実行するためのスケジューラ機能があります。プロセススケジューラは待機中のプロセスをどの順番で実行するのが最適なのかを判断するもので、CPU内での効率の良いプロセス稼働に必要な機能です。

プロセススケジューラはプロセスの実行優先度やタイムスライスの割り振りを行い、プロセスディスパッチによってプロセスを切り替えます。

5：デバイスドライバー

Linuxカーネルのデバイスドライバーとはハードウェアコントローラの操作や管理を行うものです。デバイスドライバーはハードウェアの処理ルーチンでできたソフトウェアで、特権を持ち、メモリの中に常駐しています。

OSにはハードウェアの特殊性を隠すという目的もありますが、Linuxカーネルではデバイスドライバーがそれぞれのデバイスの特殊性に対応しています。

6：ファイルシステム

Linuxカーネルのファイルシステムとは、データに対するアクセス方法を「ファイル」という形式で提供しているものです。Linuxカーネルでは保存されているデータをファイルで管理しており、Linuxカーネル自体もディレクトリやファイルによって形成されています。

Linuxカーネルに関する用語3つ

Linuxカーネルについて解説している文章などを読んでいると、普段聞きなれないような言葉が多く登場します。そのため、Linuxカーネルに関連する用語についてもあらかじめ知っておくことで、文章の意味がわかりやすくなるでしょう。

ここではLinuxカーネルに関する用語3つをご紹介していきますので、ぜひ参考にしてみてはいかがでしょうか。

システムコール

システムコールとはアプリケーションの要求に対してLinuxカーネルの機能を呼び出すために使用される機構です。エディタやターミナルといったコンピュータ上で動作しているプログラムは非特権モードで動作しているため、それ自体が処理を行うことはできません。

そのため、システムコールによって特権モードで動作を行っているLinuxカーネルに依頼を行い、処理が実行されています。

特権モード

特権モードとは設定や管理などのすべてにアクセスできるモードのことです。Linuxカーネルは特権モードとなっており、アプリケーション動作にも必要となる処理を担うことから、パソコン上のすべてのリソースへアクセスできるようになっています。

特権モードであれば、OSがある領域へのアクセスや、制御レジスタへのアクセスなどの命令を実行することも可能です。

非特権モード

非特権モードとは通常のプロセスを実行するモードのことです。コンピュータで動作しているプログラムは非特権モードとなっており、一部のリソースしか利用することができません。

そのため、非特権モードで動作しているプログラムが他のプログラムなどに影響を与える可能性があるような動作を行いたい場合には、システムコールを発行することでLinuxカーネルに処理を代行してもらいます。

Linuxカーネルについて理解しよう

LinuxカーネルはWindowsやMacと同じOSであり、多くのLinuxディストリビューションの元になった最初のLinuxです。

ぜひこの記事でご紹介したLinuxの概要やLinuxカーネルの機能、Linuxカーネル関連の専門用語などを参考に、Linuxカーネルについて理解を深めてみてはいかがでしょうか。

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