[論文レビュー] On the definition of a theoretical concept of an operating system

J.A. Bergstra, C.A. Middelburg|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2010

Computability, Logic, AI Algorithms参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、プログラム実行アーキテクチャと並行性理論に根ざした階層的概念族に基づき、オペレーティングシステムを中央的コンponentとして形式的・理論的定義を提示する。プログラム切り替えおよび割り込みメカニズムに根ざした、洗練された定義を提唱し、オペレーティングシステムの統一的数学的理論の基盤を構築する。

ABSTRACT

We dwell on how a definition of a theoretical concept of an operating system, suitable to be incorporated in a mathematical theory of operating systems, could look like. This is considered a valuable preparation for the development of a mathematical theory of operating systems.

研究の動機と目的

• コンピュータサイエンス分野において、数十年にわたる実用的発展にもかかわらず、オペレーティングシステムに一貫した理論的基盤が欠如していることに対処する。
• 既存の文献が、オペレーティングシステムという概念に対して厳密な定義や理論的枠組みを提供していないことを特定する。
• 数学的理論に統合可能な、理論的オペレーティングシステム概念の形式的で説明的定義を提唱する。
• 理論的実行アーキテクチャと並行性理論に基づく概念的枠組みを構築し、定義を裏付ける。
• 理論的概念間の核心的依存関係と階層的関係を定義することで、将来のオペレーティングシステムの数学的理論の基盤を築く。

提案手法

• 形式的で説明的なオペレーティングシステム理論的概念の構築を導くために、定義の素朴なメタ理論を用いる。
• 理論的オペレーティングシステム概念を、理論的プログラムおよび分析的実行アーキテクチャ概念に概念的に依存すると定義する。
• オペレーティングシステムが中心的である階層的概念族を定義し、プログラムおよび実行アーキテクチャの定義を支援する。
• 既存の並行性理論（[1]より拡張）に基づき、プログラムの割り込みおよび切り替えメカニズムを含むモデルを構築する。
• 数学的厳密性を保証するため、形式的で洗練された定義を採用し、非形式的または実用的特徴の記述を避ける。
• 理論的枠組み内での分析を支援するため、補助的概念として利便性および価値の測定を統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのような定義が理論的に妥当で数学的に厳密なオペレーティングシステム定義となるか？
• RQ2 既存の文献および実用的システムと接続可能な方法で、理論的オペレーティングシステム概念を形式的に定義するにはどうすればよいか？
• RQ3 並行性理論は、オペレーティングシステムの挙動をモデル化するために果たす役割は何か？
• RQ4 プログラム、実行アーキテクチャ、OSといった関連理論的概念の家族を、整合的な理論を支えるために階層的に構造化するにはどうすればよいか？
• RQ5 このような概念族を形式的に定義し、形式的分析と利便性評価を可能にするメタ理論的枠組みは何か？

主な発見

• 数学的理論の開発のためには、理論的オペレーティングシステム概念の形式的で洗練された定義が可能であり、かつ不可欠である。
• 理論的オペレーティングシステム概念は、プログラム実行切り替えおよび割り込みを可能にする分析的実行アーキテクチャ内に位置するコンponentとして、最も適切に定義される。これは、並行性モデリングの基盤を形成する。
• この概念は、形式化されたプログラムおよび実行アーキテクチャの概念に概念的に依存しており、OSが中心的コンセプトである階層的概念族を形成する。
• 先行研究に基づく拡張された並行性理論は、オペレーティングシステムの動的挙動をモデリングする基盤フレームワークとして機能する。
• 既存の文献には、オペレーティングシステムに対する真剣な理論的定義が欠如しており、大多数の説明は非形式的または一次元的である。このため、本定義化の必要性が正当化される。
• 提案された枠組みは、将来の利便性および価値分析を可能にする。システム性能やリソース使用量の測定を概念族に拡張可能である。