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OSとカーネルの土台
第13週で「アプリとカーネルの境界」を見ました。今度はその向こう側です。カーネルはどこで動いているのか、頼んでいない割り込みがなぜ入るのか、プロセスはなぜ複製で生まれるのか。そして、同じ値を2人が書くと何が起き、書いたはずのデータがどこにいて、消したファイルがなぜ消えないのか。man-pageとkernel.orgの逐語、そして実機の出力から積み上げます。
- 1約 9 分カーネルはどこで動いているのか — プロセス一覧に出ない理由第10期は、アプリの下でカーネルが実際に何をどう実行しているかを扱います。最初に押さえるのは、カーネルが「ずっと走り続けている常駐プログラム」ではないことです。
- 2約 9 分割り込み — 頼んでいないのに止められるハードウェア割り込みは走っている命令列と無関係に入ります。プログラム側が依頼していないのに、実行が止められてカーネルの入口へ移ります。
- 3約 9 分プロセスは複製で生まれる — forkとexecが分かれている理由新しいプロセスは無から起動されるのではなく、既存のプロセスの複製として生まれます(`fork`)。別のプログラムにするのは中身の入れ替え(`execve`)で、これは別の呼び出しです。
- 4約 9 分シグナル — プログラムへの割り込みシグナルは、実行中のコードと無関係にプロセスへ届く通知です。シグナルごとに既定の動作が決まっていて、多くは受け取った側のコードを一行も通さずにプロセスを終わらせます。
- 5約 9 分ファイルディスクリプタが指しているもの — 番号の先にある表fd はファイルを指していません。open(2) は「fd は open file description への参照である」と書き、その open file description が「開いたファイルの表(システム全体)の1エントリ」で、オフセットとフラグはそこに記録されます。
- 6約 9 分同じ値を2人が書く — 「1行」が1命令とは限らない`count += 1` は1つの動作に見えますが、読んで・変えて・書くの3段階に分かれています。分かれているから、途中に別の実行の流れが割り込めます。
- 7約 9 分ロックが止まるとき — 誰も間違えていないのに進まないデッドロックは、待ちの関係に**輪**ができた状態です。どのスレッドも規則どおりにロックを取っているのに、全員が止まります。
- 8約 9 分書いたはずのデータはどこにいるか — fsyncが待っているもの`write` が成功を返してもディスクに届いた保証はない、は第23週で確認済みです。本レッスンはその先。`fsync` が待つのは**デバイスが転送完了を報告すること**で、しかも `fsync` しただけでは、ディレクトリの項目が届いた保証は付きません。
- 9約 9 分ファイルは名前ではない — 消しても消えないものがあるディレクトリの中の名前と、ファイルの実体(inode)は別です。名前は実体を指す参照にすぎないので、同じ実体に複数の名前を付けられますし、名前を消しても実体はすぐには消えません。
- 10約 9 分メモリは平らではない — 誰がどこに触るのかメモリを「どこを触っても同じ一枚の板」と見なすのは便利な近似であって、事実ではありません。触りに行くCPUと触られる場所の位置関係でアクセス時間が変わる構成があり(NUMA)、さらにCPU以外もメモリを読み書きします。