終了して居住継続するプログラム

終了して常駐するプログラム(一般にTSRと呼ばれる) は、DOSで実行されるコンピュータ プログラムであり、システム コールを使用して、終了したかのように DOS に制御を戻しますが、コンピュータのメモリ内に残っているため、後で再度アクティブ化できます。^[1]この手法により、一度に 1 つのプログラムまたはタスクしか実行できない DOS の制限が部分的に克服されました。TSR は DOS でのみ使用され、Windowsでは使用されません。

TSR の中には、コンピュータ ユーザーが別のプログラムで作業中にホットキーを使用して 1 日に何度も呼び出すユーティリティ ソフトウェアもあります。Borland Sidekickは、このタイプの初期の人気ある例です。その他の TSR は、オペレーティングシステムが直接サポートしていない ハードウェアのデバイス ドライバーとして機能します。

通常、DOS は一度に 1 つのプログラムしか実行できません。プログラムが終了すると、DOS APIのシステム コール INT 21h/4Ch を使用して制御を DOS に戻します。^[2]使用されたメモリとシステム リソースは未使用としてマークされます。これにより、プログラム全体を再ロードせずに部分的に再起動することはできなくなります。ただし、プログラムがシステム コールINT 27hまたはINT 21h/31hで終了した場合、オペレーティング システムはメモリの特定の部分を再利用しません。

オリジナルの呼び出しINT 27hは「終了するが常駐する」と呼ばれ、そのため「TSR」という名前が付けられています。この呼び出しを使用すると、プログラムは最大 64 KB のメモリを常駐させることができます。MS-DOS バージョン 2.0では、この制限がなくなり、プログラムが終了コードを返すように改良された呼び出しINT 21h/31h (「プロセスを保持」) が導入されました。この呼び出しを行う前に、プログラムは、再度呼び出せるように、自分自身を指す 1 つまたは複数の割り込みハンドラをインストールできます。ハードウェア割り込みベクターをインストールすると、このようなプログラムはハードウェア イベントに反応できます。ソフトウェア割り込みベクターをインストールすると、現在実行中のプログラムから呼び出せます。タイマー割り込みハンドラをインストールすると、TSR を定期的に実行できます (プログラム可能な間隔タイマーを使用)。

割り込みベクターを使用する一般的な方法は、現在の値 (アドレス) を読み取り、それを TSR のメモリ スペース内に保存し、それを独自のコード内のアドレスに置き換えることです。保存されたアドレスは TSR から呼び出され、実質的に割り込みハンドラー (割り込みサービス ルーチン、または ISRとも呼ばれる) の単一リンク リストを形成します。ISR をインストールするこの手順は、割り込みまたは割り込みベクターの チェーン化またはフックと呼ばれます。

TSR は、DOS の起動シーケンス中 (たとえば、AUTOEXEC.BATから)、またはユーザーの要求時 (たとえば、BorlandのSidekickおよび Turbo Debugger、Quicken の QuickPay、または FunStuff Software の Personal Calendar) にいつでもロードできます。DOS 自体の一部、特に DOS バージョン 5.0 以降では、この手法が使用されています。たとえば、DOSKEYコマンドライン エディターやその他のさまざまなユーティリティは、CONFIG.SYS 内のステートメントを通じてデバイス ドライバーとしてロードされるのではなく、コマンド ラインで実行することによって (手動で、またはAUTOEXEC.BATから、またはINSTALLCONFIG.SYS 内からDEVICE) インストールされます。

一部の TSR は自分自身をアンロードする方法がないため、再起動するまでメモリ内に残ります。ただし、TurboPower Software の MARK.EXE/RELEASE.EXE コンボなどのユーティリティや、特定のキーの組み合わせをキャッチしてその後にロードされたすべての TSR を解放するソフト リブートTSR を使用すると、外部からアンロードできます。ISR のチェーンは単独でリンクされており、TSR は任意の場所に先行リンクを保存できるため、TSR がチェーンから自分自身を削除するための一般的な方法はありません。そのため、通常、TSR をアンロードするときにスタブをメモリ内に残す必要があり、メモリの断片化が発生します。この問題から、TesSeRact や AMIS などの TSR 連携フレームワークが生まれました。^[3]

多数の TSR が同じ割り込みを共有する問題に対処するために、ラルフ・D・ブラウンは、INT 2Fh 経由で提供されていた従来のサービスを改善するために、代替多重割り込み仕様 (AMIS) と呼ばれる方法を提案しました。AMIS は、制御された方法でソフトウェア割り込みを共有する方法を提供します。これは、もともと x86 プロセッサのハードウェア割り込みを共有するために発明された IBM の割り込み共有プロトコルをモデルにしています。AMIS サービスは Int 2Dh 経由で利用できます。^[4]

この提案は、当時プログラマーの間で広く支持されることはなかった。それは、さまざまな洗練度を持ついくつかの競合する仕様と並んで存在していた。^[5]

TSR は非常に便利で、DOSの制限を克服するために不可欠である一方、トラブルメーカーとしての評判もあります。TSR の多くは、文書化されているか文書化されていないかにかかわらず、さまざまな方法でオペレーティング システムを乗っ取り、特定のアプリケーションや他の TSR と併用すると、アクティブ化または非アクティブ化時にシステムがクラッシュすることがよくあります。

割り込みベクターを連鎖させることにより、TSR はコンピュータを完全に制御できます。TSR の動作は次の 2 つのいずれかになります。

• 以前に同じ割り込みベクターを変更した他の TSR を呼び出さないことで、割り込みを完全に制御します。
• 古い割り込みベクターを呼び出して、他の TSR とカスケードします。これは、実際のコードを実行する前でも実行した後でも実行できます。このようにして、TSR は、それぞれが次のものを呼び出すチェーンを形成できます。

終了して常駐する方式は、ほとんどの DOSウイルスやその他のマルウェアで使用され、PC を制御するか、バックグラウンドに常駐することができます。このマルウェアは、実行時に実行可能ファイル (.EXE または .COM) に感染し、開かれたときにデータ ファイルに感染することで、ディスク I/O または実行イベントに反応することができます。

さらに、DOS では、大量の物理RAMを搭載したコンピュータであっても、すべてのプログラムをRAM の最初の 640  KB (コンベンショナル メモリ) にロードする必要があります。TSR も例外ではなく、その 640 KB から他のアプリケーションで使用できないチャンクを取得します。つまり、TSR の作成は、そのサイズを可能な限り小さくし、さまざまなベンダーの多数のソフトウェア製品との互換性を確認するという課題があり、非常にイライラする作業になることがよくありました。

1980 年代後半から 1990 年代前半にかけて、PC プラットフォーム上の多くのビデオ ゲームがこの制限に迫り、TSR ( CD-ROMドライバーなどの必須のものでさえ) 用のスペースがどんどん少なくなり、必要な TSR を維持しながらゲームを実行するのに十分な RAM の空き容量を確保することが非常に複雑になりました。多くのゲーマーは、ゲームごとに異なる構成のブート ディスクを複数持っていました。MS-DOS の後のバージョンでは、「ブート メニュー」スクリプトにより、単一のメニュー エントリでさまざまな構成を選択できるようになりました。1990 年代半ばから後半にかけて、多くのゲームがまだ DOS 用に書かれていたにもかかわらず、640 KB の制限は、ゲーム データの一部を最初の 1 MB のメモリより上に配置し、640 KB 未満のコードを使用して、オーバーレイテクニックを利用して拡張メモリ(EMS)で拡張メモリにアクセスすることで、最終的に克服されました。その後の代替アプローチは、 DOS エクステンダーを使用して CPU を保護モードに切り替え、保護モードでプログラムを実行することでした。後者は、拡張メモリ領域にコードとデータを置くことを許可した。^[要出典]

多数のオーバーレイを使用したプログラミングはそれ自体が課題であるため、プログラムが大きくなりすぎて約 512 KB に完全に収まらなくなると、拡張メモリの使用はほとんどの場合、VCPIまたはDPMIを実装したサードパーティの DOS エクステンダを使用して行われました。これは、 x86 プロセッサがリアル モードから保護モードに切り替えられたときに、1 MB 境界を超えるメモリにアクセスするのがはるかに簡単かつ高速になり、その領域でコードを実行することが可能になるためです。ただし、DOS とほとんどの DOS プログラムはリアル モードで実行されるため (VCPI または DPMI は、2 つのモードを切り替えることで、保護モード プログラムを DOS とシステムの残りの部分に対してリアル モード プログラムのように見せます)、DOS TSR とデバイス ドライバもリアル モードで実行されます。そのため、制御を取得するたびに、DOS エクステンダは制御を放棄するまでリアル モードに切り替える必要があり、時間のペナルティが発生します ( DPMSやCLOAKINGなどの手法を使用しない限り)。

1980年代後半に拡張メモリボード、特にIntel 80386プロセッサが登場したことで、640KBを超えるメモリを使用してTSRをロードすることが可能になった。これには、拡張メモリマネージャと呼ばれる複雑なソフトウェアソリューションが必要だった。メモリマネージャには、QuarterdeckのQRAMとQEMM、 Qualitasの386 ^MAX、CompaqのCEMM、後にMicrosoftのEMM386などがある。640KBを超えるTSRのロードに使用できるメモリ領域は「上位メモリブロック」(UMB)と呼ばれ、そこにプログラムをロードすることを上位ロードと呼ぶ。後に、メモリマネージャには、QuarterdeckのOptimizeやMicrosoftのMEMMAKERなどのプログラムが含まれるようになり、TSRを下位メモリと上位メモリの間で最適に割り当てる方法を決定することで、最初の640KBの使用可能なスペースを最大化しようとする。

640 KB の壁を回避したDOS エクステンダ(初期の例はDoom )を使用したゲームの開発により、TSR に関連する問題の多くは解消され、 Microsoft Windows、特にWindows 95 (続いてWindows 98 ) が広く採用されたことで、ほとんどの TSR は不要になり、一部の TSR は互換性がなくなったため、TSR は時代遅れになりました。ただし、 Windows が許可したため、 Win16アプリケーションは割り込み記述子テーブル(IDT) にパッチを当てるなど、TSR のようなトリックを実行できます。Windows Me では、 Windows Me をシャットダウンしてコンピュータを DOS カーネルにブートすることはできないため、TSR は Windows Me では役に立たなくなりました。

Windows NTシリーズ ( Windows 2000、Windows XP以降を含む) は DOS を完全に置き換え、常に保護モードまたはロング モード(後の 64 ビット バージョンのみ) で実行され、TSR が機能するために必要なリアル モードへの切り替え機能が無効になっています。代わりに、これらのオペレーティング システムには、メモリ保護とプリエンプティブ マルチタスクを備えた最新のドライバーおよびサービスフレームワークがあり、特別なプログラミング トリックを必要とせずに複数のプログラムとデバイス ドライバーを同時に実行できます。カーネルとそのモジュールは、割り込みテーブルの変更を排他的に担当するようになりました。

• デーモン(Unix)
• デスクアクセサリー
• DOS 保護モード サービス/ DPMS
• 拡張機能 (Mac OS)
• 常駐システム拡張/ RSX (CP/M)
• Windows サービス

• 初期のTSR
• comp.os.msdos.programmer FAQ – TSR (Terminate-and-Stay-Resident) ユーティリティを作成するにはどうすればよいでしょうか?
• C の A から Z、C での DOS プログラミングに関する無料の書籍、第 27 章 - 「TSR プログラミング」(PDF)。 (80KB)
• IBM の割り込み共有プロトコル、zip アーカイブ、6.5 KB ( Simtel )
• 代替マルチプレックス割り込み仕様 (AMIS)、v.3.5 (zip ファイル)
• AMISLIB – アセンブラで自己ハイロード、リムーバブル TSR を記述するための関数ライブラリ (zip ファイル)