Linux 概要 - Linuxと他のUNIX系カーネル

Linuxと他のUNIX系カーネル

Linuxの特徴
Linuxの大きな魅力の一つは、商用ソフトウェアではなく、オープンソースであることです。
Linuxのソースコードは、GNU一般公衆利用許諾契約書（GNU General Public License, GPL） に基づいて公開されており、誰でも自由に閲覧・改良できます。

実際に、LinuxカーネルのソースコードはGitHubで公開されており、C言語（一部Rust）で記述されています。

GNUとは？

GNU（グヌー）は、自由ソフトウェアのオペレーティングシステム（OS）プロジェクトであり、Unix互換のシステムを目指しています。GNUは「GNU's Not Unix」の略称です。

GNUとOSSの違い

GNUはOSS（オープンソースソフトウェア）を開発するプロジェクト名であり、OSSはソースコードが公開されているソフトウェアそのものを指します。

GPLとは？

GPL（General Public License）は、自由ソフトウェアの開発・配布に用いられるライセンスの一つです。コピーレフト（Copyleft）とも呼ばれ、オープンソースソフトウェア（OSS）において最も代表的なライセンスの一つです。

Linuxと他の代表的な商用UNIXカーネルの比較

モノリシックカーネル

モノリシックカーネル（Monolithic Kernel）は、OSのカーネルアーキテクチャの一種で、基本的なシステム機能をすべてカーネル内で実装します。

• すべての機能がカーネル空間で動作
  • プロセス管理、メモリ管理、ファイルシステム管理、デバイスドライバなどの機能がカーネルに統合されています。
• カーネル空間とユーザー空間の違い
  • アプリケーション（ユーザー空間）がカーネル機能を利用するには、システムコールを通じてアクセスする必要があります。
• メリットとデメリット
  • メリット：カーネル空間で直接処理を行うため、動作が高速
  • デメリット：コードが肥大化しやすく、複雑化する傾向がある

動的モジュールのサポート

従来のUNIXカーネルは、静的にコンパイル・リンクされることが一般的でしたが、近代的なカーネルでは、一部の機能を動的に組み込んだり削除したりできます。
Linuxはこの仕組みを特に強化しており、デバイスドライバなどのカーネルモジュールを必要に応じて自動的にロード・アンロードできます。

カーネルスレッド

カーネルスレッドは、独立してスケジューリングされるカーネル内の実行単位です。

• プロセス内で動作するが、システム全体で管理される
• スケジューラによって制御される
• マルチプロセッサ環境では、異なるスレッドを異なるプロセッサに割り当て、並列実行が可能

Linuxでは、カーネルスレッドは一部のカーネル機能を定期的に実行する目的でのみ使用され、一般的なプロセス管理とは異なる概念になっています。

マルチスレッドアプリケーションのサポート

ほとんどの近代的なOSは、マルチスレッドアプリケーションをサポートしています。

• 商用UNIX系OSでは、カーネルスレッドベース のLWP（LightWeight Process）が採用されることが多い。
• 一方、LinuxのLWPは、基本的な実行コンテキストとみなされ、clone() システムコールを用いて作成される。

マルチスレッドアプリケーションとは？

1つのプロセス内で複数のスレッドを並行実行するアプリケーションのこと。スレッドはプロセス内の最小の実行単位であり、リソースを共有しながら動作します。

Linuxカーネルのプリエンプション（割り込み処理）

Linuxカーネル 2.6 以降では、「Preemptible Kernel」オプションを有効にすることで、カーネルモード実行中でもスケジューリングが可能 になりました。
これにより、リアルタイム処理や低遅延のアプリケーションにも適した環境を提供できます。

プリエンプトとは？

実行中のプログラム（タスク）を強制的に中断し、別のタスクを実行すること。

マルチプロセッサ（SMP）対応

Linuxカーネル 2.6 以降は、SMP（対称型マルチプロセッシング） をサポートしており、複数のCPUを効率的に活用できます。
さらに、NUMA（Non-Uniform Memory Access） のような異なるメモリ構造にも対応しています。

SMPとは？

複数のプロセッサ（CPU）が対称的に動作し、同じメモリ空間を共有しながら並列処理を行うアーキテクチャ。

NUMAとは？

マルチプロセッサ環境で、各プロセッサが専用のメモリを持ちつつ、他のプロセッサのメモリにもアクセスできるアーキテクチャ。ただし、遠いメモリへのアクセスは遅くなる。

次の記事へ

一覧へ戻る