オペレーティング・システムとは

ユーザーはユーザー・インターフェース（UI）を介してオペレーティング・システムと対話し、OSが理解できる言語でコマンドを送ります。UIは、グラフィカル・ユーザー・インターフェイス（GUI）またはコマンド・ライン・インターフェイス（CLI）のいずれかになります。何十億もの人々が、Eメールの送信、インターネットの閲覧、テレビ・ゲームのプレイなどのタスクの基盤となる管理システムとしてオペレーティング・システムを利用しています。

メインフレームからデスクトップ、モバイル・デバイスまで、すべてのコンピュータ・システムでは、タスクの実行、アプリケーションの実行、ハードウェアとの対話を行うために、少なくとも1つのオペレーティング・システムが必要です。

Statista社のレポートによると、Microsoft Windowsは世界で最も広く使われているOSで、デスクトップ、タブレット、コンソールのOS市場の67%を占めています。¹このカテゴリーでは、Apple社のmacOSが2位にランク付けされています。

AndroidがモバイルOSカテゴリーの市場シェアでは約72.04％でリードしているのに対し、Apple社のiOSは27.49％で第2位を保持しています。²

オープンソース・ソフトウェアの世界では、Linuxが最も人気があり、その柔軟性とセキュリティにより組織と個人の両方から広く支持されています。

オペレーティング・システム（OS）の歴史は、タスク管理のためにカスタマイズされたシステム・ソフトウェアを必要とした初期のコンピューターから始まりました。当初はシンプルでバッチ指向のオペレーティング・システムが、ハードウェアとソフトウェアの進歩により、マルチタスクとインタラクティブ・インターフェースをサポートするように進化しました。

1950年代の集積回路（IC）の発明によりマイクロチップが誕生し、処理能力向上とコンピューター・サイズの縮小により、より複雑なタスクが可能になりました。1964年、 IBMはIBM System/360向けに、アセンブリ・プログラミング言語を採用したOS/360を導入しました。OS/360は、メインフレーム全体でソフトウェアを標準化し、将来のOS設計に影響を与えました。さらに、OS/360は、単一のプロセッサー・マシン上で多数のプログラムを同時に実行できる最初のマルチプログラミング・オペレーティング・システムでした。

時が経ち、OS/360はIBMメインフレーム用の最新のOSであるz/OS®へと進化しました。（現在のIBM® Z メインフレームはLinuxおよびz/TPF上でも稼働し、多くの場合は単一のメインフレーム上で複数のオペレーティングシステムが稼働します。）

1960年代と1970年代のタイムシェアリング・システムを実装したOS Unixの開発は、今日のシステムの基礎であるマルチタスク、ポータビリティ、階層ファイルシステムなどの概念を導入することで、現代のオペレーティング・システムにおける重要な前例を作りました。

1980年代後半から1990年代にかけて、グラフィックス処理を実行するためにグラフィックス・プロセッシング・ユニット（GPU）が導入されました。GPUが汎用計算をサポートするように進化するにつれて、特に2000年代には、Apple社やMicrosoft社などの企業がGPUをオペレーティング・システムにさらに深く統合し始めました。現在、GPUはほとんどのコンピューティング・システムの主要な機能であり、ゲームやマルチメディアから科学技術計算や機械学習まで、あらゆるものを支えています。

特にクラウドコンピューティングにおいて、より高い効率性と拡張性に対するニーズが高まるにつれて、仮想化やコンテナ化などのイノベーションが登場しました。仮想化により、単一の物理マシン上で複数の仮想マシン（VM）を実行できるようになります。hypervisorはこれらの仮想マシンを管理し、完全なOSを必要とせずにリソース管理とメモリ割り当てを処理することで、軽量のオペレーティング・システムのように機能します。VMwareは、仮想化およびハイパーバイザー市場のリーダーとみなされています。

コンテナ化は、分離されたアプリケーションを実行するためのより軽量なアプローチを提供することにより、仮想化をベースに構築されます。VMとは異なり、コンテナにはオペレーティング・システムの完全なコピーは含まれません。代わりに、コンテナ・ランタイム・エンジン（Dockerなど）がホスト・システムのOSにインストールされ、すべてのコンテナが同じOSを共有するためのインターフェイスとして機能します。この機能により、コンテナはOSを仮想化し、アプリケーションとその依存関係を単一のOS上で独立して実行できるため、リソース効率が向上します。

シングルユーザーでもエンタープライズ環境でも、オペレーティング・システム（OS）はハードウェアとソフトウェアを管理・調整し、ユーザーが効率的にやりとりできる環境を提供します。エンタープライズ環境では、OSは組織全体の複数のユーザー、プロセス、サービスをサポートする大規模な運用をサポートします。これには以下が含まれます。

• プロセス管理：オペレーティング・システムは、スケジューリング、同期、プロセス間の通信などのタスクを含む、複数のプロセスやスレッドの実行を管理します。ユーザー・アプリケーションはシステム・コールを通じてOSと対話して、プロセスを作成、管理、終了し、プロセス間の連携を促進します。たとえば、統合主体のビジネス・プロセス管理（BPM）では、OSはさまざまなソフトウェア・システム間のスムーズな相互作用を確保する上で重要な役割を果たします。ITチームまたはシステム・オペレーターがCRMシステムを他のエンタープライズ・アプリケーションと統合すると、OSはAPIを管理し、リソースを割り当て、データ・フローを保護して、最小限の人的介入で自動化されたプロセスを可能にします。

• メモリー管理：OSはコンピュータのメモリを割り当て、制御します。これにより、プログラムが他のプログラムを妨げることなく実行できる十分なリソースが確保されます。ページングとスワッピングを使用して必要に応じてデータを移動させることにより、主記憶装置（RAM）と補助ストレージ（ハードディスクドライブ、ソリッドステート・ドライブ）の両方を効率的に処理します。

• ファイルシステムの管理：OSはファイルを整理・検索し、ディレクトリ、ファイル名、アクセス権限を管理します。データ検証、チェックサム、エラー訂正コードなどのメカニズムを通じてデータの整合性を確保します。

• デバイス管理：OSは、インプット／アウトプット（I/O）デバイス（キーボード、ディスク・ドライブ、プリンター、モニターなど）を管理し、ソフトウェアがハードウェア・コンポーネントとやりとりするためのインターフェースを提供します。仮想環境の場合、これにはVMや仮想スイッチなどが含まれます。

• セキュリティとアクセス制御：OSは、認証、暗号化、ユーザー権限の設定などのセキュリティ・プロトコルを適用し、コンピューター・リソースへの許可されたアクセスのみを保証します。

• ネットワーク： OSはネットワークを管理し、LANまたはインターネット経由でコンピューター間の通信を可能にし、TCP/IPなどのプロトコルを処理します。

• エラーの検出と処理：OSは、ソフトウェアやハードウェアに関連するエラーを監視し、その報告や回復のためのメカニズムを提供します。

• リソースの割り当て：OSは、中央処理装置（CPU）時間、メモリ、I/Oデバイスなどのリソースを効率的に割り当てて、システムの性能を最適化します。

• システム・パフォーマンスの監視：OSは、システムのパフォーマンス（メモリー使用量、実行中のプロセス、システム・ログなど）を追跡し、プロセスやリソースを調整して効率を向上させます。

オペレーティング・システムは、以下のように連携することでシステムの機能と効率を確保する、複数のコア・コンポーネントで構成されています。

• カーネル

• プロセス・スケジューラ

• メモリ・マネージャー

• インプット／アウトプット・マネージャー

• ファイル・システム・マネージャー

• ユーザ・インターフェース

オペレーティング・システムは、特徴、機能、さまざまなハードウェアおよびソフトウェア・アプリケーションとの互換性に基づいて、いくつかのタイプに分類できます。例えば次のようなものがあります。

• 組み込み型オペレーティング・システム

• 分散オペレーティング・システム

• リアルタイム・オペレーティング・システム

• ネットワーク・オペレーティング・システム

• クラスター・オペレーティング・システム

組み込みオペレーティング・システムは、スマートフォン、自動車システム、家電製品などの特化型デバイスのハードウェア・リソースを管理するために設計されています。汎用オペレーティング・システムとは異なり、組み込みOSは、リソースに制約のある環境でのパフォーマンス、効率、信頼性を目的に最適化されています。これらは通常軽量で、最小限のユーザー・インターフェイスを備えており、特定のアプリケーションを継続的またはリアルタイムで実行するように構築されています。

分散オペレーティング・システムは、複数の独立したコンピューターを調整し、統合システムとして連携させます。これにより、異なるマシンからリソースを共有できるようになり、ユーザーとアプリケーション・プログラムに単一の透明性の高いインターフェースが提供されます。OSは、さまざまなノード間での通信、データ共有、タスク同期を管理し、ユーザーがリソースの物理的な分布を気にせずにシステムを操作できるようにします。

たとえば、Google File System（GFS）は、Googleの分散システム・アーキテクチャーの一部であり、データを多くのサーバーに分散することができ、高可用性とフォールト・トレランスを確保できます。

リアルタイム・オペレーティングシステム（RTOS）は、正確なタイミング制約のもとでタイムセンシティブなタスクを処理するように設計されています。RTOSでは、システムは重要なプロセスが特定の時間枠内に完了することを保証し、予測可能性と安定性を確保します。

これらのオペレーティング・システムは、産業オートメーション、ロボット工学、医療機器などの応用分野で使用されており、遅延や障害が深刻な結果をもたらす可能性のある制御システムに依存しています。VxWorksなどのリアルタイム・オペレーティング・システムは、安全性とパフォーマンスにおいてリアルタイムの応答が非常に重要な、航空宇宙および防衛アプリケーションの組み込みシステムで一般的に使用されています。

ネットワーク・オペレーティング・システム（NOS）は、ネットワークに接続された複数のコンピューターのハードウェアとソフトウェアのリソースを管理・調整するソフトウェアです。これにより、ネットワーク全体でのデバイス間の通信、ファイル共有、リソース管理が可能になります。

NOSには通常、ネットワーク・セキュリティーやユーザー認証、集中管理などの機能が含まれており、システム管理者は、接続されているすべてのデバイスのアクセスを制御し、設定を構成できます。ネットワーク・オペレーティング・システムの例には、Microsoft Windows Server、Cisco IOS、macOS Serverなどがあります。

クラスター・オペレーティング・システムは、連携して単一システムのようにタスクを実行する、相互接続されたコンピューター（ノード）のグループを管理します。これらのシステムは通常、高性能コンピューティング（HPC）環境（Webホスティング、科学研究など）で使用され、ノード間の負荷分散、フォールト・トレランス、リソース共有を実現します。クラスター・オペレーティング・システムを使用すると、ユーザーは複数のマシンを組み合わせることで計算能力を拡張できるため、システム全体の信頼性とパフォーマンスが向上します。

個人用コンピューティングやモバイル・デバイスからエンタープライズ環境やクラウド環境に至るまで、幅広い目的を満たすために何百ものオペレーティング・システムが存在します。以下に、最も一般的の例を挙げます。

• Linux

• macOS

• iOS

• Android

Linux®は、デスクトップ、サーバー、組み込みシステムで広く使用されているオープンソース・オペレーティング・システムです。特にサーバー管理、クラウド・インフラストラクチャ、ソフトウェア開発で人気があります。

Red Hat® Enterprise Linux（RHEL）やSUSE Linux Enterprise Server（SLES）などの注目すべきエンタープライズバージョンは、その安定性とサポートにより、ビジネス環境で一般的に使用されています。

さらに、Ubuntu、Fedora、Debianなど、さまざまなユースケースに合わせてカスタマイズされたLinuxディストリビューションも多数あります。これらのディストリビューションがあるため、Linuxは汎用性が高く、パーソナル・コンピューターでの使用、開発、特殊なアプリケーションに適しています。

Microsoft Windowsは、個人およびビジネス用に世界で最も広く使用されているオペレーティング・システムの1つです。ユーザーフレンドリーなインターフェースと多用途性で知られ、Microsoft Officeのような生産性ツールから、ゲーム、エンジニアリング、デザインに特化したプログラムまで、さまざまなソフトウェア・アプリケーションをサポートしています。

macOS（旧称OS X）は、Apple社のデスクトップ、ノートPC、ワークステーション（iMac、MacBook、MacBook Proなど）上で動作するように設計されたUnix系プロプライエタリOSです。macOSは、グラフィック・デザイン、動画編集、音楽制作、ソフトウェア開発などの分野で優れているため、クリエイティブ業界のプロフェッショナルに特に人気があります。

Apple社のiOSは、iPhoneやiPadなどのApple社製モバイル・デバイス上で動作する独自のモバイル・オペレーティング・システムです。

Googleが開発したAndroidは、個人用およびビジネス用のスマートフォン・デバイスで広く使用されているオープンソースのモバイル・オペレーティング・システムです。

AIオペレーティングシステム市場は大幅な成長を遂げており、Knowledge Sourcing Intelligence社の調査によると、2024年の120.496億ドルから2029年までに290.297億ドルに拡大し、年平均成長率（CAGR）は18.58%と予測されています。³

エンタープライズ環境では、AI搭載のオペレーティング・システムは機械学習とオートメーションを活用して、ユーザーの行動を予測し、リソースの割り当てを最適化し、変化するワークロードにリアルタイムで適応します。自己修復機能により、問題を自動的に検出して解決することでダウンタイムが短縮され、AI駆動型セキュリティ・システムがサイバー脅威を識別して軽減し、企業データの保護が確保されます。

WindowsやmacOSなどの主要なオペレーティング・システムはAIを組み込んで、リソース管理を最適化し、セキュリティーを強化し（Windows DefenderやFace IDなど）、パーソナライズされたユーザー・エクスペリエンスを提供しています。