システムプログラミング

システムプログラミング（system programming ）は、コンピュータシステムソフトウェアをプログラミングする活動である^{[1] 。} アプリケーションプログラミングと比較した場合のシステムプログラミングの主な特徴は、アプリケーションプログラミングがユーザーに直接サービスを提供するソフトウェア（例：ワードプロセッサ）を作成することを目的としているのに対し、システムプログラミングは他のソフトウェアにサービスを提供するソフトウェアおよびソフトウェアプラットフォーム、パフォーマンスが制約されているソフトウェア、またはその両方（例：オペレーティングシステム、計算科学アプリケーション、ゲームエンジン、産業オートメーション、サービスとしてのソフトウェアアプリケーション）を作成することを目的としていることである。^[1]

システムプログラミングには、高度なハードウェア認識が必要です。その目的は、ソフトウェア自体のパフォーマンスが重要であるか、またはわずかな効率改善でも時間や費用の大幅な節約に直接つながるため、利用可能なリソースを効率的に使用することです。

概要

システムプログラミングの特徴は次のとおりです。

プログラマーは、プログラムが実行されるシステムのハードウェアやその他の特性について想定することができ、特定のハードウェアで使用すると効率的であることがわかっているアルゴリズムを使用するなどして、それらの特性を活用することがよくあります。
通常、低レベルのプログラミング言語またはプログラミング言語の方言が、次の目的で使用されます。
- プログラムはリソースが制限された環境でも動作できる
- プログラムは実行時のオーバーヘッドがほとんどなく、ランタイムライブラリが小さいかまったくなくても効率的に実行できます。
- プログラムはメモリアクセスと制御フローを直接的に「生の」制御で制御することがある
- プログラマーはプログラムの一部をアセンブリ言語で直接記述することができる。
システムプログラムはデバッガーでは実行できないことがよくあります。シミュレートされた環境でプログラムを実行すると、この問題を軽減できる場合があります。^{[疑わしい–議論する]}

オペレーティングシステムとネットワークの特定の部分を実装するには、システムプログラミングが必要です。たとえば、ページング (仮想メモリ) やオペレーティングシステムのデバイスドライバーの実装などです。

もともとシステムプログラマーは必ずアセンブリ言語で書いていました。 1960年代後半の高級言語でのハードウェアサポートの実験により、PL/S、BLISS、BCPL、バローズの大規模システム向けの拡張ALGOLなどの言語が生まれました。Forthもシステム言語としての応用があります。1970年代には、Unixの成長に支えられてCが普及しました。最近では、 C++のサブセットであるEmbedded C++がいくらか使われており、たとえばmacOSのI/O Kitドライバーで使用されています。^[2]Google で働くエンジニアは、大規模分散システムでの開発者の生産性に対処するために、並行性、ガベージコレクション、CやC++よりも高速なプログラムコンパイルなど、開発者に重点を置いた機能を2007年に作成しました。 ^[3] 2015年には、システムプログラミングでよく使用される汎用プログラミング言語であるRustが登場しました。Rustは、メモリの安全性を念頭に置いて、CやC++と同等のパフォーマンスになるように設計されました。

歴史的な理由から、一部の組織では、より正確にはシステム管理者と呼ばれる職務をシステムプログラマーという用語で表現しています。これは、コンピュータリソースが歴史的にメインフレームに支配されてきた組織に特に当てはまりますが、この用語はメインフレームに関係のない職務を説明する場合にも使用されます。この用法が生まれたのは、IBM メインフレームの管理には、 OS/MVS、DOS/VSE、VM/CMSなどのオペレーティングシステムと統合されたカスタムアセンブラーコード( IBM の基本アセンブリ言語 (BAL))の作成が含まれることが多かったためです。実際、一部のIBMソフトウェア製品には、顧客のプログラミングスタッフによるコード提供がかなりありました。このタイプのプログラミングは次第に一般的ではなくなり、アセンブリではなく C で行われることが増えていますが、システムプログラマーという用語は、IBM メインフレームを管理するスタッフが定期的にシステムプログラミング活動に従事していない場合でも、事実上の役職名として依然として使用されています。

^ ab 「パネル: 2014 年以降のシステムプログラミング」。Microsoft。2015年12 月 4 日閲覧。
^ Apple Inc (2009 年 8 月 14 日). 「I/O Kit デバイスドライバー設計ガイドライン」. developer.apple.com . Apple Inc. 2014 年9 月 16 日閲覧。
^ 「Google の Go: ソフトウェアエンジニアリングに役立つ言語設計 - Go プログラミング言語」go.dev 。2024年 4 月 11 日閲覧。