[운영체제] 운영체제(Operating System, OS)란

📌 운영체제(Operating System, OS)란?

- 컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층

- 협의의 운영체제(커널): 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분 (좁은 의미)

- 광의의 운영체제: 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티 포함한 개념 (넓은 의미)

- 좁은 의미로 얘기할 때는 운영체제 = 커널 이라고 생각하면 된다.

 

 

📌운영체제의 목적

1) 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공

• 운영체제는 동시 사용자 / 프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상을 제공
• 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행

2) 컴퓨터 시스템의 자원(resource)을 효율적으로 관리 (=> 핵심적 기능)

• 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리 => 하드웨어 자원
  ex) 실행 중인 프로그램들에게 짧은 시간씩 CPU를 번갈아 할당, 실행 중인 프로그램들에 메모리 공간을 적절히 분배(메모리를 크게 차지하는 프로그램이 있을 수 있고, 적게 차지하는 프로그램이 있을 수 있다)
  • 사용자 간의 형평성 있는 자원 분배 (특정 프로그램을 너무 차별해서도 안된다)
  • 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록 (효율)
• 사용자 및 운영체제 자신의 보호
• 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리 => 소프트웨어 자원

운영체제는 하드웨어, 소프트웨어 자원 모두 관리한다.

 

📌 운영 체제의 분류

1) 동시 작업 가능 여부

1-1) 단일 작업(single tasking)

• 한 번에 하나의 작업만 처리
• ex) MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음

1-2) 다중 작업(multi tasking)

• 동시에 두 개 이상의 작업 처리
• ex) UNIX, MS windows (+ 스마트폰에서 실행되는 운영 체제) 등에서는 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령이나 프로그램을 수행할 수 있음
• 현대의 운영 체제는 다중 작업이라고 생각하면 된다. 

2) 사용자의 수

2-1) 단일 사용자(single user)

• MS-DOS, MS Windows

2-2) 다중 사용자(multi user)

• UNIX, NT server

3) 처리 방식

3-1) 일괄 처리(batch processing)

• 작업 요청의 일정량 모아서 한꺼번에 처리 (작업을 바로바로 처리하는 것이 아님)
• 작업이 완전 종료될 때 까지 기다려야 함
• ex) 초기 Punch Card 처리 시스템
• 옛날 방식

3-2) 시분할(time sharing)

• 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
• 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐
  ex) UNIX
• interactive한 방식
• 현대의 방식은 시분할 방식!

3-3) 실시간(Realtime OS)

• 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS
• 데드라인이 있음
• 특수한 목적을 가진 시스템에서 사용
• ex) 원자로/공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로보트 제어
• 실시간 시스템의 개념 확장
  • Hard realtime system(경성 실시간 시스템): 정확한 데드라인을 지켜야 하는 시스템
  • Soft realtime system(연성 실시간 시스템): 데드라인은 있지만 못 지켜도 치명적이지는 않은 시스템

우리가 다룰 OS는 다중 작업, 다중 사용자를 지원 하며 시분할 방식으로 운영되고 있다

 

📌 운영체제 관련 용어

• Multitasking: 여러 작업(program)이 동시에 진행되는 것 .동시에 실행되는 것 처럼 보이지만 사실은 CPU는 매순간 하나의 작업에만 실행 되고 있다. 짧은 시간 간격으로 하나의 작업을 진행하기 때문에 여러 개의 작업을 하는 것 처럼 보인다.
• Multiprogramming
• Time sharing
• Multiprocess

- 위의 용어들은 컴퓨터에서 여러 작업을 동시에 수행하는 것을 뜻한다.
- Multiprogramming 은 여러 프로그램이 메모리에 올라가 있음을 강조
- Time sharing은 CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓴다는 의미를 강조 (multitasking과 비슷한 의미지만 CPU를 좀 더 강조하는 의미)
- 위 4개 용어는 유사한 의미를 가지고 있다.

 

Multiprocessor(다중 처리기): 하나의 컴퓨터에 CPU(Processor, 처리기)가 여러 개 붙어 있음을 의미

위 4개의 단어와 Multiprocessor는 의미가 다름을 주의해야 한다.
일반적으로는 하나의 CPU가 있다고 가정

 

📌 운영 체제의 예

1) 유닉스(UNIX)

• 코드의 대부분을 C언어로 작성
• 높은 이식성: 다른 컴퓨터에서도 동작을 잘 한다. 
• 최소한의 커널 구조
• 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
• 소스 코드 공개  (누구나 가져다 쓰기 쉽다)
• 프로그램 개발에 용이
• 다양한 버전
  • System V, FressBSD, SunOS, Solaris
  • Linux (소스 코드 공개, 누구나 자유롭게 사용할 수 있음)

- 초창기에 UNIX는 대형 컴퓨터를 위해 만들어진 OS, windows는 개인 컴퓨터를 위해 만들어진 OS 이다. (만들어진 동기가 다름)

- 처음에 windows는 단일 사용자를 위해 만들어졌다.

- 어셈블리 언어로 운영체제를 만드는 것은 너무 어렵다. => 유닉스를 만들기 위해서 만들어진 언어가 바로 C 언어이다.

- C 언어는 기계어와 가까운 고급 언어이다.

- 리눅스는 개인 컴퓨터에서도 많이 사용한다.

 

2) DOS(Disk Operating System)

• MS사에서 1981년 IMB-PC를 위해 개발
• 단일 사용자용 운영체제, 메모리 관리 능력의 한계(주 기억 장치: 640KB)

3) MS Windows

• MS사의 다중 작업용 GUI 기반 운영 체제
• Plug and Play, 네트워크 환경 강화
• DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공
• 불안정성(초창기 MS Windows)
• 풍부한 지원 소프트웨어

4) Handheld device를 위한 OS

• palmOS, Pocket PC(WinCE), Tiny OS

 

📌 운영 체제의 구조

컴퓨터 구조 참고 사이트:

https://hongong.hanbit.co.kr/%EC%BB%B4%ED%93%A8%ED%84%B0%EC%9D%98-4%EA%B0%80%EC%A7%80-%ED%95%B5%EC%8B%AC-%EB%B6%80%ED%92%88cpu-%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC-%EB%B3%B4%EC%A1%B0%EA%B8%B0%EC%96%B5%EC%9E%A5/

[컴퓨터 구조] CPU, 메모리, 보조기억장치, 입출력장치를 알아보자

 

- CPU 스케쥴링: 누구한테 CPU를 줄 것인가?

CPU는 제일 빠르다.

먼저 온 것을 먼저 처리하는 것이 효율적인 것일까? 짧게 처리되는 것에 먼저 CPU를 할당하는 것이 좋을 수 있다. 

짧은 시간 CPU 를 줬다 뺐다 하는 것이 효율적일 수 있다.

(CPU 스케쥴링은 다음에 따로 정리)

 

- 메모리 관리: 한정된 메모리를 어떻게 쪼개어 쓸 것 인가? 메모리 분배를 어떻게 할 것 인가?

무조건 1/N로 분배하는 것이 좋을까?

메모리에 너무 많은 프로그램을 올려 놓는 것 보다는 필요한 프로그램만 올리는 것이 효율적일 수 있다.

메모리는 크기가 한정되어 있다. 어떤 우선 순위로 메모리에 올릴 것일까?

 

- 파일 관리: 디스크에 파일을 어떻게 보관할 것 인가?

디스크도 스케쥴링이 필요하다. (엘리베이터 스케쥴링과 비슷하다)

디스크는 헤드가 움직이면서 데이터를 읽는다. (헤드 움직임이 적을 수록 좋다)

CPU 스케쥴링과 디스크 스케쥴링은 다르다.

 

- 입출력 관리(I/O Device): 각기 다른 입출력장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고 받게 할 것 인가?'

기본적으로 interupt 로 관리

 

- 프로세스 관리

• 프로세스의 생성과 삭제
• 자원 할당 및 반환
• 프로세스 간 협력

- 그 외

• 보호 시스템
• 네트워킹
• 명령어 해석기(command line interpreter)

OS 사용자 관점이 아니라 OS 개발자 관점에서 공부하기
- 대부분의 알고리즘은 OS 프로그램 자체의 내용
- 인간의 신체가 뇌의 통제를 받듯이 컴퓨터 하드웨어는 운영체제의 통제를 받으며 그 운영체제는 사람이 프로그래밍하는 것이다.
- 본인을 Windows XP나 Linux 같은 운영체제라고 생각하고 본인의 할 일이 무엇인지를 생각하며 공부하기

 

참고 강의:

http://www.kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1046323

운영체제

이화여자대학교 반효경 교수님의 운영체제 강의