ソフトウェアの体系とＯＳ

ソフトウェアの体系

ソフトウェアを区分するのには多様な観点がありますが，ハードウェアに密着しているか，それとも人間の利用分野に近いかにより区分すると次のようになります。また，これらの体系も厳密なものではなく，人により解釈も異なりますし，どちらにも属するようなソフトウェアもあります。

　ソフトウェア
　├　システムソフトウェア
　│　├　基本ソフトウェア
　│　│　│（オペレーティングシステム：ＯＳ）
　│　│　├　制御プログラム（カーネル）
　│　│　│　　└　デバイスドライバ（周辺機器メーカー提供）
　│　│　├　言語プロセッサ
　│　│　└　ユーティリティプログラム
　│　│
　│　└　ミドルウェア
　│
　└　応用ソフトウェア（アプリケーションプログラム）
　　　├　共通応用ソフトウェア（いわゆる市販アプリ）
　　　│　└　プラグインソフトウェア
　　　│　
　　　└　個別応用ソフトウェア（通常は自社特有のシステム）

この体系の境界はあいまいな点があります。ＯＳは、汎用コンピュータ時代に確立した概念です。当時はＩＢＭが圧倒的な立場にあり、ＩＢＭによる概念やプロトコルが業界標準として受け入れられていたので、比較的明確だったのですが、現在では多数の企業や団体が林立しています。そのため、ユーティリティプログラムと応用ソフトウェアの区分は分からなってきました。ＯＳの分野まで関係しているミドルウェアもあります。

ＯＳ（オペレーティングシステム）

現在の代表的なＯＳには Windows、MacOS、UNIX、Linux などがあります。汎用コンピュータのＯＳではＭＶＳやＶＳＥ（いずれもＩＢＭ）などがあります。
　その他、スマートフォン用、組込みシステム用など限定した分野に特化したＯＳがありますが、ここでは対象外とします。

ＯＳは人間社会での執事や番頭（古い！）のような役割です。主人の指示を一元的に聞いて、いくつかの仕事に分解し、それぞれに適した部下に適切な指示を与えて実行させて監視し、その状況や結果をまとめて主人に報告します。また、主人の意向に適切に応えられるように、部下の訓練や適切な設備や器具、体制の整備などを行います。
すなわち、ＯＳとは利用者とコンピュータとの間にあって、コンピュータシステム全体を統括するソフトウェアです。

ＯＳの目的として、次のようなことがあげられます。

• 処理効率の向上
  ハードウエア資源の有効利用（リソース管理）により、ターンアラウンドタイム、レスポンスタイムの短縮
• ＲＡＳＩＳの向上
  「信頼性」「可用性」「保守性」「保全性」「機密性」の向上を図ります。
• 汎用性・互換性
  汎用性とは専用ではないということです。会計処理、技術計算、インターネット利用など多様な用途に使えるようにすることです。互換性とはハードウェアからの独立です。パソコンのメーカーや機種に関係なく使えるようにします。
  参照：「スループット，応答時間」、 「ＲＡＳ，ＭＴＢＦ，ＭＴＴＲ」
• 操作性・拡張性
  操作性とは使いやすさです。ＧＵＩによる入出力や誤操作へのＵＮＤＯ（元に戻す）機能などです。

ＯＳには広義と狭義の解釈があります。広義には基本ソフトウエアとしての解釈で、制御プログラム、言語プロセッサ、ユーティリティプログラムを含みます。狭義には制御プログラムのことです。

言語プロセッサ

言語プロセッサとは、Ｃ言語やＪａｖａなどのプログラミング言語で記述したソースプログラムをコンピュータが処理できる機械語に翻訳することです。
汎用コンピュータ時代ではＯＳの機能でしたが、現在では言語開発者が個別に提供していることがむしろ通常になっています。しかし、機械語（命令セット）はＯＳにより異なるので、それに準拠した言語プロセッサしか利用できません。
→プログラム翻訳機能

ユーティリティプログラム（サービスプログラム）

応用プログラムのように特定業務を処理するのではなく、テキストエディタや媒体間でのデータ交換など基本的かつ共通な処理を目的とした単独で使用可能なプログラムのことです。
汎用コンピュータ時代では、ＯＳに標準搭載して提供されていました、近年ではＯＳと分離した有料・無料のアプリとして提供されることが多くなっています。

カーネルとシェル

制御プログラムは、中核な部分でありカーネル（kernel）といいます。
　応用ソフトウェアやミドルウェアとＯＳの間の連絡は、直接カーネルが対応できますが、人間からの指示はＧＵＩやコマンドプロンプトなどで行われるので、それをカーネルに伝えるには通訳（インターフェース）が必要になります。そのインターフェースをするプログラムのことをシェル（shell）といいます。

• モノリシックカーネル
  Monolithicとは「一枚岩」という意味。ＯＳのほとんどの機能をカーネルに盛り込んだカーネルです。
• マイクロカーネル
  ＯＳの中核として必要最小限の機能だけをカーネルとして持ち、他の処理は「モジュール」として分離したカーネルです。

当初は、Linuxはモノリシックカーネル、Windowsはマイクロカーネルとして開発されましたが、その後、両ＯＳとも、二つの要素を持つようになりました。

ＯＳ以外のソフトウェア

応用ソフトウェア（アプリケーションプログラム）

共通応用プログラムとは、オフィスツール、Ｗｅｂブラウザ、給与計算パッケージなどのように、不特定の個人や企業を対象にしたプログラムです。市販アプリ（無料のものもある）といわれるものです。
それに対して個別応用ソフトウェアとは、自作か外注かに関係なく、個人や企業が自己利用を前提として作成したプログラムです。

ＡＰＩ（Application Programming Interface）

ＡＰＩとは、応用ソフトウェアなどからＯＳ機能を使うときの呼び出し手順や、記述方法を定めた仕様のことです。
　ＯＳ機能を呼び出すにはシステムコールがありますが、ＡＰＩのよりシステムコール以外の機能を利用することができます。

プログラムからＯＳ機能を利用する記述方法を標準化したことで、プログラムの開発が容易になりました。また、ＡＰＩの仕様が同じならば、同じプログラムを異なるＯＳでも動作します。
ＡＰＩは発展して、応用ソフトウェアがそれを利用するためにインターフェースを公開して、他の応用ソフトウェアから使える機能になっています。

プラグインソフトウェア（アドオンソフトウェア）

ＷｅｂブラウザやＰＤＦなど広く使われている応用ソフトウェアの機能を追加する小さなプログラムです。単独では動作せず，応用プログラムに組み込むことによって動作します。

プラグインソフトウェアが充実していることが、元ソフトウェアの付加価値を高めます。また、第三者提供のプラグインソフトウェアでは、元ソフトウェアは人気の高い定番ソフトです。
　例えば、ＰＤＦファイルは、アドビシステムズが開発したファイルフォーマットですが、それを取り扱うAcrobatに豊富なプラグインソフトウェアが提供され普及したため、このファイル仕様がＩＳＯ規格になりました。 　近年は、ＯＳＳ（オープンソースソフトウェア）が注目されています。ソースコードを公開しているので、アドオンソフトの開発が容易です。むしろ、著名なＯＳＳ（Linux Firefoxなど）は、プラグインソフトウェアに支えられて広く使われるようになったともいえます。

プラグインソフトウェアは、元ソフトウェア作成者から提供されるものと第三者が作成提供するものがあります。前者の場合は、元ソフトウェアの拡張版として、バージョンアップなどの際に選択してインストールするのが通常です。後者の場合は、オンラインソフトや雑誌の付録ＤＶＤなどで提供されるのが通常です。

第三者提供のプラグインソフトウェアを利用する場合、ウイルスなどの悪意コードが含まれていることがありますので、定番になっているソフトを信頼のあるサイトから入手することが肝要です。
　また、あまりにも多くのプラグインソフトウェアをインストールすると、元ソフトウェアの動作が重くなることがあります。状況に応じて削除するなど管理する必要があります。

インストーラ

アプリケーションプログラムをパソコンに導入して使えるようにするソフトウェアです。
　ＯＳにある汎用のインストーラでインストールできるアプリケーションプログラムもありますが、そうでない場合は、個別のインストーラがアプリケーションパッケージに付属する実行可能ファイルなどの形で提供されます。
　通常は、インストーラを起動すると、ウィザード（wizard）という対話方式の画面が表示され、関係するファイルをコピーするストレージ内の位置、導入するソフトウエアや機能の選択、既存のシステム設定の変更内容などを行います。

なお、インストールしたアプリケーションを削除して、システム設定などをインストール前の状態に戻すソフトウェアをアンインストーラといいます。インストーラと対になって提供されます。

ミドルウェア

ＯＳと応用ソフトウェアの間で機能し、共通したインタフェース利用方法や統一的なコンピュータ機能の利用を応用ソフトウェアの要求に従って提供するソフトウェアです。

異なる機種や応用ソフトウェアの違いを吸収し、移植性や相互接続性を高めることにより、ＯＳの基本機能を広く共通して使えるようにしたものです。
通信制御やデータベース管理など多様な局面で、ＯＳＳ（オープンソースソフトウェア）のミドルウェアが提供されています。

デバイスドライバ

ＰＣに接続された周辺装置と，ＯＳやアプリケーションソフトを仲介して，周辺装置を直接に制御・操作するソフトウェアです。

周辺装置は製品ごとに特徴があります。ＯＳは標準的な制御方式を提供しますが、製品ごとの機能をＯＳに持たせることはできません。それで、ＯＳと周辺機器の間に、それぞれの機器専用の制御ソフトウェア（デバイスドライバ）が必要になります。
デバイスドライバは、一般に周辺機器メーカーから提供され，最初にその機器を接続するときにインストールします。なお、普及している機器については、事前にＯＳにデバイスドライバが登録されています。ＯＳがもつデバイスマネージャがデバイスドライバの登録／管理をしています。

デバイスドライバは個々の機器に対応しています。同一機種が複数台あるとき、どちらも同じデバイスドライバなのですが、別々にインストールする必要があります。
　通常は、機器に一意のシリアルナンバーが割り当てられており、ＯＳは別機器だと認識するので、通常の手続きでインストールできますし、自動的にデバイスドライバをコピーすることもあります。
　また、プリンタが機種に関係なく複数台ある場合は、印刷オプションで機器選択画面が表示されます。これはデバイスドライバとＯＳの連携によるものです。

デバイスドライバは、ＯＳが提供する標準インタフェースであるＡＰＩを介して連携します。ＯＳ配下で一種のプラグインソフトウェアとして動作するので、ＯＳの大きなバージョンアップや異なるＯＳへの移行をしたとき（ＡＰＩの仕様が変わるとき）は、従来のデバイスドライバでは周辺機器の動作は保証できません。新ＯＳに合致するデバイスドライバをインストールする必要があります。通常は、メーカのＷｅｂサイトに対応ＯＳのリストがあり、ダウンロードできます。
　逆に、周辺機器メーカーがデバイスドライバのバージョンアップをしても、現ＯＳのＡＰＩに準拠することをメーカーが保証しているのですから、ＯＳを修正する必要はありません。

（補）ファームウェア

ファームウェアとは、ハードウェアに内蔵されたＲＯＭ回路で、ハードウェアを制御するものです。

ハードウェアですから書き換えることはできません。また、電源を切っても出荷時の状態が保持されています。その特徴から、電源を入れたときにすぐ起動する処理に向いています。本章の関係では、ＢＩＯＳやＵＥＦＩがファームウェアです。

ＯＳ（カーネル）の管理機能

カーネルは多様な管理機能をもっています。これらの分類や名称はＯＳにより異なりますし、なかにはＯＳとしてはもっていないものもあります。
　これらの機能を全てＯＳ自体が実現するのではありません。大部分はそれに特化した多数のプログラムが行い、ＯＳはそれらの基本となる要素機能を提供する位置づけになります。
　本節では各管理機能の概要を示し、それらの詳細は「参照」で示す各ページで記述します。

ジョブ管理、タスク管理

主として、スケジュールに関する分野の管理です。

ジョブ管理

ジョブとは人間から見たコンピュータが行う一つのまとまった仕事の単位です。
ジョブは、いくつかの処理（プログラム）を連続して実行しますが、その個々の処理をジョブステップといいます。

• コンピュータには多数のジョブが投入されます。それをマルチジョブといいます。ジョブのなかには、先行・後続の順序関係のるジョブ、優先度の高いジョブ、完了時間が指定されているジョブもあります。ジョブの受付け、スケジューリング、ジョブの起動などを行ないます。

タスク管理（プロセス管理）

タスク（プロセス）とはコンピュータから見た処理単位です。
コンピュータの観点からは、ジョブ（ジョブステップ）は、ＣＰＵ処理や入出力処理に細分化できます。その細分化した処理をタスクといいます。
参照：「ジョブとタスク」

• タスクは「実行可能状態」「実行状態」「実行待ち状態」の状態を繰り返しながら実行されます。
  参照：状態遷移図
• 多数のジョブを効率的に行うには、あるジョブが入出力処理をしている間に、他のジョブのＣＰＵ処理を行うなどの工夫が必要になります。
  ジョブ管理に関係しますが、複数のタスクから実行すべきタスクの選択（スケジューリング）が重要です。
  あるタスクが長時間ＣＰＵを占有すると他のタスクの開始が遅れるので、ＣＰＵ処理時間を細切れにするなどの工夫が必要です。 参照：タスク管理
同時に複数のタスクが同一データを更新しようとすると正しい結果にならない（一貫性が保たれない）ので、一方のタスク実行を遅らせる排他制御が必要になります。
参照：排他制御

データ管理、記憶管理

データ管理（ファイル管理）

大きくファイルのレベルでの管理とファイルを構成するレコードや項目のレベルでの管理がありますが、前者が中心になります。
補助記憶装置へのアクセスを装置に依存しないインタフェースで応用プログラムに提供することが主目的になります。

• 多数のファイルをまとめてフォルダにしますが、このような論理的な構成をディレクトリといいます。それにはファイル名、サイズ、識別子なども入っています。
  参照：ディレクトリ
• 個々のファイルが存在する媒体（補助記憶装置）とそこでの格納位置（物理的位置）とディレクトリとの対応を管理します。
• それにより、応用プログラムからは媒体の違いに関係なくファイル名を指定するだけで同じアクセス方法で読んだり書いたりできます。
  また、ファイルの参照・更新・削除などの設定によるファイル保護機能もあります。
  参照：ファイル管理システム
• 順編成や直接編成などファイルの構造やアクセス方法などを提供します。
  参照：ファイル編成
• ファイルを構成するレコードには固定長と可変長があります。
  レコードはさらにいくつかの項目（フィールド）からなっています。

記憶管理

実記憶（メモリ）の管理は、実記憶の管理、実記憶とＣＰＵとの関係、実記憶と補助記憶との関係（仮想記憶方式）などがあります。

• 実記憶（メモリ）の記憶領域管理方式（固定区画方式，可変区画方式など）
• タスクの実行に際して、メモリ領域の確保、ＯＳや他タスクのメモリ領域保護などのメモリ領域管理
• 主記憶の効率を高めるためのデフラグメンテーションやガベッジコレクション
  参照：メモリの確保と解放
• 演算装置からアクセスするデータの実記憶格納場所を指定するアドレッシング
  参照：アドレス指定方式
• ＣＰＵでの演算速度とＣＰＵと実記憶の間の転送速度のギャップを解消するキャッシュメモリ
  参照：記憶階層とキャッシュメモリ
• 実記憶容量の制約を解消するための仮想記憶方式
  参照：仮想記憶方式

入出力管理、通信管理

入出力管理（デバイス管理）

データ管理の指示により、物理的に周辺装置との入出力を行うための管理です。

• 入出力終了時にタスク管理のスケジューラに割込みをします。
• 周辺装置の特性に合致したチャネル制御などの入出力制御方式があります。
• データ転送の効率化のために、バッファリングを行います。
  プリンタ印刷などにはスプールをします。

参照：入出力制御方式

通信管理（ネットワーク制御）

入出力管理が入出力装置を管理するように、ネットワーク制御はネットワークアダプタやLANカードなどのネットワーク用の装置を制御します。

• ＬＡＮ、ＴＣＰ/ＩＰなどのプロトコルの構築に必要な機能を提供します。
• ネットワークＯＳ、リアルタイムＯＳなど、用途に特化したＯＳがあります。

ユーザ管理

ＯＳやアプリケーションサービスの利用権に関する管理です。

アカウント

ネット販売サイトで買い物をすることを例にします。最初にそのサイトにアクセスすると会員登録を促されます。氏名、住所、クレジット番号などの個人情報を入力して登録すると会員番号が知らされます。このような個人情報をまとめたものをプロファイルといいます。次回からは会員番号を入力するだけで取引を開始できます。この会員番号に相当するのがアカウントです。すなわちアカウントとは、インターネット上の様々なサービスを利用するための権利（会員証）のようなもので、アカウント（会員証）にプロファイル（会員詳細台帳）が紐づけられます。
　他人にアカウントを使われるとプロファイルを知られてしまいます。そのため、アカウントはそれに対応するパスワードとペアで使われます。

アカウントは利用者を特定するものですが、個人特定にはユーザＩＤ（あるいはそれに準ずるメールアドレス）があります。
　その違いとして、次のことが挙げられます。

• アカウントを得るには、最初にユーザＩＤ（メールアドレス）を提示することにより、本人特定の手段にしています。ユーザＩＤ（メールアドレス）は世界中で一意ですが、アカウント名はサービスが異なれば同一名があってもかまいません。
• アカウントは、プロファイルとリンクしており、その内容はサービスにより異なります。これを全サービスに共通なユーザＩＤを用いると、パスワードで守られているとはいえ、破られると非常に多様な個人情報が漏えいしてしまいます。
• ユーザＩＤはユーザが設定するのが通常です。アカウント名は、利用者が任意に設定できるものもありますが、サービス提供者（管理者）が指定する（一部分でも）のが通常です。それは、運営者（管理者）がユーザ管理を容易にするためです。

ＯＳユーザ

身近な例ではパソコンなどの機器利用権です。
　ＯＳユーザとは，ＯＳにログインして，ＯＳの機能を利用できるユーザのことです。パソコンにログインするとは、正確にはパソコンを管理しているＯＳにログインすることなのです。
　何の設定もしなければ、不特定多数の人がＯＳユーザになれます。公共施設や喫茶店などに設置されているパソコンはそうなっています。しかし、個人や組織が所有するパソコンでは、セキュリティの観点からＯＳユーザを限定するのが適切であり、通常のパソコンはそのような設定をするようになっています。
　ユーザはアカウントで認識されます。ユーザはログイン画面で自分のアカウントとパスワードの入力を求められます。

アカウントは、ＯＳの全機能を使える管理者権限をもつ管理者と、それ以外の一般ユーザに分けられます。個々の管理者や一般ユーザに与えられる権限と関連情報をまとめたものもプロファイルということもあります。

• 管理者
  アドミニストレータ (administrator)、スーパーバイザ (supervisor) 、スーパーユーザ (super userr)、特権ユーザ、 ルート (root)などともいいます。
  一般ユーザの指定、アプリケーションのインストールなど、一般ユーザには許されないＯＳの重要な機能を使う特権的機能を実行できます（管理者権限といいます）。
  ＯＳをインストールする段階で、仮の管理者用アカウントとして「Administrator」が設定され、これに対応するパスワードの指定を求められます（後で変更できます。
• 一般ユーザ
  管理者から限定された機能での利用を許可されたユーザです。管理者がアカウントと仮のパスワードを設定し、ユーザはパスワードを変更します。
• グループアカウント
  一般ユーザの権限をを個人レベルで設定するのは煩雑ですし、人事異動のたびに更新するのも煩雑です。それで、業務別、職制別などでグループ化することもあります。
• ゲストユーザ
  臨時に一般ユーザでない人に利用を許可する必要が生じることがあります。管理者はアカウント「Guest」、パスワード不要、必要最小限の機能に限定したアカウントを設定し、終了後、このアカウントを削除します。ゲストユーザはパスワードなしにログインできます。

ファイルアクセス権

一般ユーザでの限定機能のうち、セキュリティの観点では、ファイル（データファイルやプログラムなど）へのアクセス管理が重要です（ファイル管理やセキュリティ管理と重複します）。
ユーザの権限に応じて、次のような制限を講じます。
　　・ファイルの存在すら知らせない。
　　・参照だけ、実行だけを許可
　　・更新も許可
　　・生成・削除も許可

アプリケーションの利用権

「ＯＳユーザ」ではＯＳあるいは機器へのアクセスでしたが、アカウントの説明でも触れたように、ＳＮＳやネット販売システムなど多様なアプリケーションで会員証としてアカウントが利用されています。
　Microsoft や Google など多様なアプリケーションサービスをしている場合は、個々のアプリケーションではなく、全体で一つのアカウント設定で利用可能にしているものもあります。
　これらのときは、管理者はアプリケーション運用者であり、利用者は一般ユーザの立場になります。

運用管理、障害管理

運用管理

システムの運用に関する容易性や柔軟性を実現する機能です。他の３機能の統合機能だともいえます。
運用管理特有なものとして、次のようなものあります。

• ＯＳの起動と終了、ＯＳの異常検出と再起動、ＯＳのバージョンアップなど
• コンピュータの動作状況の確認、省電力モードの設定などコンピュータ本体の管理
• 周辺機器の動作確認

障害管理

障害の検出と自動訂正、障害回復と再構成などの分野とシステムの多重化やファイルのバックアップなどの分野なｄがあります。

• 基本的な機能は、ユーティリティプログラムとして提供されます。
  ＯＳの異常検出と再起動、ディスクのスキャンなどメモリの
• ハードウェアの多重化、ソフトウェアのバックアップなどの機能は、ＯＳというより、それぞれの管理システムで実現します。

セキュリティ管理

セキュリティ制御とは、システムの機密性、安全性、可用性、およびアカウンタビリティ（説明責任性）を保つための制御です。アクセス制御、暗号化制御、外部からの侵入の防御・検出、ロギング機能、オーディット機能などがあります。これらの制御や機能による記録は、記録を根拠にする説明に利用でき、アカウンタビリティを保ちます。
　なお、不正侵入防止システムやや暗号化・認証システムなどセキュリティ管理を具体的に実装するには、ファイアウォールやＰＫＩなどの技術を用いるので、ＯＳが直接に管理するものではありません。しかし、それらのシステムの実装を可能にする基本的な機能はＯＳが持っていますし、それらのシステムを常駐させたり、必要なときに起動する機能（ジョブ機能やタスク機能）はＯＳの機能です。

• アクセス制御
  上述の「ユーザ管理」と重複します。管理者権限の管理、ファイルアクセス管理、アプリケーション利用者管理などがあります。
• 暗号化制御
  多様な暗号化プロトコルや暗号通信プロトコルがありますが、ＯＳがそれらを管理しています。
  なお、暗号化「制御」として、制御系での暗号化に特化した分野がありますが、それはＯＳとは直接の関係はありません。
• 侵入制御
  ファイアウォールやＩＤＳにより実装されます。
• ロギング機能
  システムのエラーや警告が発生した時に、その情報をログファイルに記録する機能です。それを分析して、障害時の原因究明や不正利用の発見、監査証跡（audit trail）としての利用などができます。
• オーディット機能（監査機能）
  ロギング機能の一機能です。システムへのアクセスやファイルへのアクセスなどの記録をして、セキュリティや監査に役立てます。
  データベース管理システム（ＤＢＭＳ）には、このような監査機能を強化して監査証跡管理システムとしているものもあります。

ブートストラップ（ＯＳの起動）

パソコンの電源を入れてから、ＯＳが起動して利用可能になるまでの処理をブートストラップ（bootstrap）またはブートといいます。
　「電源投入」→「ＢＩＯＳ（注１）」→「ブートローダ」→「ＯＳ」の順序でブートストラップが行われます。

（注１）これまでＢＩＯＳ（Basic Input Output System）が広く使われていたのですが、最近は、代わりＵＥＦＩ（Basic Input Output System）によるＵＥＦＩ・ＢＩＯＳが主流になっています。ここでは、ＢＩＯＳによるブートストラップを対象にしますが、このような基本動作はＵＥＦＩ・ＢＩＯＳでもほぼ同じです。

電源投入

パソコンに電源を入れると、マザーボードのコネクタがそれをキャッチして、パソコンの電源ユニットであるＡＴＸ（Advanced Technology eXtended）電源に信号が送られます。
　ＡＴＸ電源は、パソコンの各部に給電を開始します。それが安定するとクロックが動き出し、ＣＰＵが稼働状態になります。
　ＣＰＵは、すぐにＢＩＯＳを実行します。

ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）

ＢＩＯＳのプログラムは、電源が切れても内容が消えない（非揮発性）の半導体メモリＲＯＭあるいはフラッシュメモリに記録されたファームウエアで、マザーボードに配置されています。パソコンに電源が入ると、このプログラムが自動的に起動します。

ＢＩＯＳは、主に次の処理を行います。

接続機器の確認

接続されている周辺機器（ディスプレイ、キーボード、メモリ、マウス、ＨＤＤなど) をチェックして、正常にパソコンが起動できることを確認し初期化します。これをＰＯＳＴ（Power On Self Test）といいます。
　最初に確認するのはディスプレイです。これは利用者がＯＳが起動するまでのパソコンの動作を表示するためです。パソコンにトラブルが起こったとき、ＯＳ起動前に特定のキーを押して設定状況を調べるとか、ＯＳをセーフモードで起動するなどに必要です。

起動ドライブの確認

ブートローダはソフトウェアで、それを格納しているドライブ（通常はＣドライブ）を起動ドライブ（ブートドライブ）といいます（注２）。
　パソコンやＯＳを購入したとき、まず起動用のファイルをＵＳＢメモリなどに作成するよう求められます（あるいはＣＲ－ＲＯＭが同梱されている）が、後日ＯＳが移動しないトラブルが発生したときの対策のためです。

各デバイス（ドライブ）の先頭セクタをＭＢＲ（Master Boot Record）といいます。起動ドライブにはＭＢＲにブートローダをもっていることが記録されています。

ＢＩＯＳは、各ドライブを順に調べ、最初にブートローダが見つかったドライブを起動ドライブとします。
　確認順序は、一般的には光ディスクやＵＳＢメモリ＞ＨＤＤの順ですが、この順序はパソコン起動時に変更できます（注３）。
　ブートローダは、通常は内蔵ＨＤＤのＣドライブにあります。あえて後にしている理由は、トラブル発生時にはあらかじめブートローダ（起動用のファイル）を保存しておいた復旧用のＵＳＢメモリなどを起動ドライブにするため、それを先に確認させたいからです。

（注２）特殊な起動ドライブ

特殊な用途では、Ｃドライブ以外にブートローダを格納することがあります。

• ネットワークブート
  内蔵ディスクを持たないシンクライアントでは、ＢＩＯＳが各ドライブを順に調べる際に、ネットワークで特定のサーバに接続するように設定しています。サーバがもつブートローダによりクライアントが起動します。モバイル端末のセキュリティ対策として、機器の特定のためにネットワークブートにすることもあります。
• フラッシュブートローダ
  組み込みシステムでは、プログラムがマイクロプロセッサ内にあり、製造工程や保守工程でプログラムを変更することが多く、マイクロプロセッサ単体で起動する必要があります。そのため、ブートローダを収納したフラッシュメモリをマイクロプロセッサに取り付けます。

（注３）ＢＩＯＳの変更

ＢＩＯＳはＲＯＭですので、外部から変更はできません。厳密には、ＣＭＯＳという揮発性素子による回路がマザーボードにあり、電源投入時にＢＩＯＳの確認情報などがＣＭＯＳにコピーされます。そして、ＢＩＯＳはＣＭＯＳから順序情報を受け取り確認作業を行います。そのＣＭＯＳの情報を外部から一時的に変更できるということです。

ブートローダの起動

ＢＩＯＳは、起動ドライブのＭＢＲ（先頭セクタ）をメモリの固定位置にロードし起動します。
　ここからは、ブートローダに制御が移ります。

ブートローダ

ＢＩＯＳにより起動されたブートローダは、次の２つのステップにより、ＯＳを起動するための各種処理を実行します。

ブートローダの読込

ＭＢＲは１セクタしかないので、すべての処理プログラムを入れることができません。プライマリ部分（Boot Strap Loader）であるだけが格納されており、それからブートローダ本体をメモリに読み込まれます。

ＩＰＬの実行

ブートローダの主要な内容はＩＰＬ（Initial Program Loader）です。これがＯＳを呼び出します。
　ＯＳにはプロセッサーの動作モードの決定、ルートディレクトリの設定、デバイスドライバの読込など多様な処理プログラムからなっていますが、それらが定められた順序にしたがってロードされ実行されます。
　主要な処理プログラムが実行された状態が「ＯＳが起動した」ことになります。ディスプレイに初期画面が表示されます。

ＵＥＦＩ（Unified Extensible Firmware Interface）

近年は、ＢＩＯＳからＵＥＦＩへと移行してきました。ＵＥＦＩとは厳密にはＢＩＯＳとＯＳ間のソフトウェアインタフェースを定義したもので、そのＢＩＯＳをＵＥＦＩ・ＢＩＯＳといいますが、通常はＵＥＦＩと略しています。また、ＵＥＦＩのブートローダをＥＦＩ（Extensible Firmware Interface）ブートローダといいます。
　現在では多くのパソコンがＵＥＦＩを標準にしています。

旧ＢＩＯＳと比較してＵＥＦＩには次のような利点がありますが、上述の基本的な動作に関してはほぼ同じです。また旧ＢＩＯＳとの互換性があります。

• 旧ＢＩＯＳ、ブートローダは機種やＯＳにより異なる仕様だったのが、ＵＥＦＩのインタフェースによりかなり吸収
• それに伴い、接続できる周辺機器の拡大
• デバイスドライバは１６bit用に限定されていたのが６４bitに拡張
• それに伴い、指定可能なメモリアドレスは６４ｋＢから２ＴＢに拡大
• 起動時間と休止状態からの復帰の時間の短縮
• ブートキット攻撃に対する起動前 (プリブート) プロセスの保護によるセキュアブート
• 出荷時に暗号化機能が組み込まれているドライブなどへの対応
• その他、接続インタフェースや省電力設定など設定項目の多様化

ＯＳ起動エラー

電源を入れてもＯＳのデスクトップ初期画面が表示されないことがあります。Windows10 を例にします。
　原因とチェック事項を列挙しますが、必ずしも網羅していないし最善策でもありません。ディスプレイとの接続は正常だとします。

• メーカーのロゴ画面がでたがデスクトップ初期画面にならない（カーソルだけ表示）
原因：ＯＳ起動途中でのエラー（一時的なエラーが多い）
→「Ctrl＋Alt＋Delete」での再起動、セーフモードでの起動を試みる。
　恒久的な場合はＯＳの再インストール
• パソコンは起動（ランプ点灯、ファン回転）、警告音とともにメッセージが表示
  原因：ＢＩＯＳは動作したが正常ではない（一時的なエラーが多い）
  　起動ドライブが見つからない　→バックアップした起動ドライブ挿入
  　順序設定エラー（ディスプレイが見つからない）　→確認順序の変更
  　恒久的な場合は、内蔵ディスクあるいはＢＩＯＳのトラブル
• パソコンは起動したがそのままで何もでない
• ランプ、ファンが不安定
  原因：ＢＩＯＳが動作しない
  　→電源故障、マザーボード故障
• ランプが点灯せずファンも回らない
  原因：電源故障、ＡＴＸ故障

マルチＯＳ

１台のコンピュータに複数のＯＳをおき、必要に応じて使い分けることができます。WindowsマシンでLinuxを使うなどです。
　アプリケーションのなかには特定のＯＳだけを想定して作成されたものがあります。そのためだけにパソコンを追加するのは不経済です。複数のＯＳを１台のパソコンに搭載することにり回避できます。
　データファイルは双方のＯＳからアクセス可能です。ファイル形式が双方のＯＳでサポートされているならば、一方のＯＳで作成したデータファイルを他方のＯＳで使うことができます。操作性の向上にも役立ちます。

マルチブート

１台のＰＣに、WindowsとLinuxなど複数のＯＳをインストールしておき、ＰＣを起動するときに、どちらのＯＳからでも起動できるように設定する仕組みです。ＯＳが２種類のときをデュアルブートともいいます。

マルチブート環境を実現するには、それに対応するブートローダとそれを管理するブートマネージャが必要ですが、現在のＯＳでは標準装備されています。
　既存のＯＳ環境で、他のＯＳをインストールするときに、ブートマネージャがブートローダに複数のＯＳが存在することを設定します。

この環境でパソコンの電源をいれると、ＯＳが立ち上がる前に、ブートマネージャが利用できるＯＳのリストを表示します。それを選択することにより、ブートローダは選択されたＯＳを起動します。

このような方法ですので、同時に複数のＯＳを立ち上げることはできません。また、他のＯＳに切り替えるには再起動が必要です。
　また、ＶＨＤ（Virtual Hard Disk）という仮想ディスク機能により、単一の物理パーティション上にもマルチブート環境を構築できるようになっています。

ＶＭ（Virtual Machine；仮想マシン）

マルチブートは、手軽に構築でき、処理速度は単独ＯＳのときと同じ速度になりますが、ＯＳを変えるたびに再起動が必要なので、頻繁にＯＳを変える環境では不適切です。
　それに対してＶＭでは、複数のＯＳが同時に動作可能な状況になっており、ＯＳの切り替えが容易にできます。一つのパソコン（物理マシン）の中に、複数のＯＳがそれぞれ仮想的な領域を持つことから仮想マシンといいます。

（注）サーバではＷｅｂサーバやデータサーバなど多様な用途のサーバがあります。複数の用途のサーバ機能を１台の物理サーバに搭載したものを仮想サーバといいますが、それも含めて仮想マシンということもあります。

ホスト型ＶＭ

ホストＯＳ（Windows）のなかにゲストＯＳ（Linux）をおき、ホストＯＳからゲストＯＳを動かすような環境にしたものです。
　ホスト型ＶＭでは、ゲストＯＳをを動かすにはホストＯＳの処理も必要になるので処理速度が遅くなります。

パソコンのディスクをパーティションに分割し、ドライブＣにはホストＯＳ、ドライブＤにはゲストＯＳをおくことでマルチＯＳ環境になります。このドライブＤが仮想マシンです。

パーティション分割、ゲストＯＳのインストール、ホストＯＳからのゲストＯＳの稼働、アプリケーションプログラムやファイルの共有化などを管理するシステムを仮想化ソフトといいます。代表的な仮想化ソフトにVMwareがあります。

ハイパーバイザー型ＶＭ

ハイパーバイザという仮想化ソフトウェアが複数のゲストＯＳを切り分けるという方式です。この方式では、ホストＯＳは存在しません。

ゲストＯＳの動作にはホストＯＳではなくハイパーバイザが関与しますが、ハイパーバイザは専用化しているので、ホスト型より高速になります。マルチブート方式より遅いですが、同時に多数のＯＳが使えます。
　このような特徴により、サーバに広く採用されています。VMwareにはこれに相当する製品もあります。