OS.운영체제_01

운영체제란?

운영체제는 컴퓨터 사용자와 컴퓨터 하드웨어 간의 인터페이스로서 동작하는 시스템 소프트웨어의 일종으로, 다른 응용프로그램이 유용한 작업을 할 수 있도록 환경을 제공해 준다. 쉽게 말해서 사용자와 하드웨어 사이에 '중개자' 역할이라고 생각하면 된다.

운영체제의 역할

1. 사용자의 프로그램을 실행하고 문제를 더 쉽게 해결
2. 사용자에게 편의를 제공
3. 컴퓨터 하드웨어의 효율적인 사용

컴퓨터 시스템 구조

1. 하드웨어 (Hardware)
   • 기본적인 컴퓨팅 자원을 제공
   • CPU, Memory, I/O devices, Disk
   • 리소스의 정의 : 사전적 의미로 자원이며, 프로그램이 구동되면서 필요한 영역,메모리,스케줄링 등을 의미
   • CPU -> Memory -> Disk(파일관리) -> I/O Devices(입출력관리)
2. 운영체제 (Operating System)
   • 다양한 어플리케이션 및 사용자 간에 하드웨어 사용 제어 및 조정
   • 제어(Controls) : 컴퓨터에서 보유하고 있는 자원의 효율적인 관리를 위한 프로그램
   • 조정(Coordinates) : 사용자의 편의를 제공하는 프로그램
3. 어플리케이션 프로그램
   • 시스템 리소스가 사용자의 컴퓨팅 문제를 해결하는데 사용되는 방법을 정의
   • 사용자가 제시한 계산 문제들을 해결하기 위한 방법을 제시하는 것
     - 워드 프로세서 / 컴파일러 / 웹 브라우저 / 데이터베이스 시스템 / 비디오 게임 등등
4. 유저
   • 사용자 / 기계 / 그 외 컴퓨터

운영체제는 무엇을 하는가?

1. 유저들은 자원 활용률을 신경쓰지 않고 우수한 성능과 편의성을 원해함
   • 자원 활용률을 신경쓰지 않음
   • 그러나 메인프레임 또는 미니컴퓨터와 같은 공유 컴퓨터는 모든 사용자를 만족시켜야 함
2. 워크스테이션과 같은 전용 시스템의 사용자는 전용 리소스를 가지고 있지만 서버의 공유 리소스를 자주 사용
3. 휴대용 컴퓨터는 사용성과 배터리 수명에 최적화된 리소스가 부족
4. 일부 컴퓨터는 장치나 자동차에 내장된 컴퓨터와 같이 사용자 인터페이스가 거의 없거나 전혀 없음

운영체제의 정의

1. OS는 자원을 할당한다.
   • 모든 자원을 관리
   • 효율적이고 공정한 리소스 사용을 결정
2. OS는 제어 프로그램이다.
   • 오류나 부적절한 사용을 방지하기 위한 제어
3. 보편적으로 정의가 허가된 적이 없다.
4. 운영체제를 요청할 때 제공하는 모든 것은 적절한 근사치다 -> 다만, 각각의 차이는 존재
5. 항상 작동하는 하나의 프로그램인 커널이다.
   • 커널
     - 운영체제 중 항상 메모리에 올라가 있는 핵심 부분
     • 하드웨어와 응용프로그램 사이에서 인터페이스를 제공하는 역할
     • 컴퓨터 자원들을 관리하는 역할
     • 다만, 사용자와의 상호작용이 안되므로 Shell등을 사용
6. 시스템 프로그램
   • 운영체제를 구성하는 프로그램과 파일 시스템
   • 가장 기본적인 수준에서 실행하므로 저수준 '소프트웨어'라고 부르기도 함
   • 응용프로그램 소프트웨어를 실행할 수 있는 환경을 제공
   • 컴퓨터 및 기기에 설치된 응용프로그램 제어
7. 어플리케이션 프로그램
   • 컴퓨터의 기능을 활용하는 컴퓨터프로그램의 하위 클래스
   • 시스템 프로그램 없이 실행 불가

컴퓨터 시작

1. 부트스트랩 프로그램이 전원을 켜거나 재부팅 할 때 로드됨
2. 부트스트랩의 예 : 컴퓨터를 키면 자동으로 시작되는 프로그램
3. 일반적으로 ROM 또는 ERROM에 저장되며, 'firmware'라고 부름
4. 시스템의 모든 측면을 초기화
5. 운영체제 커널을 로드하고 실행

컴퓨터 시스템 조직

1. 컴퓨터 시스템 작동
   - 공유 메모리에 대한 액세스를 제공하는 하나 이상의 CPU, 하드웨어가 공통 버스를 통해 연결됨
   - 메모리 주기를 두고 경쟁하는 CPU 및 디바이스의 동시 실행
   - CPU는 해당 장치로 바로 가기 때문에 빠름
   - 그 외에는 버퍼를 거쳐 장치로 가기 때문에 비교적 느림
   

컴퓨터 시스템 작동

1. I/O장치와 CPU는 동시에 실행된다.
2. 각각의 장치 컨트롤러는 특정 장치의 유형을 담당한다.
3. 각각의 장치 컨트롤러는 로컬 버퍼를 갖는다.
4. CPU는 데이터를 main메모리에서 로컬 버퍼로 이동시킨다.
5. I/O는 장치부터 컨트롤러의 로컬 버퍼까지이다.
6. 장치컨트롤러는 CPU에 인터럽트를 발생시켜 작업이 완료되었음을 알린다.
7. O/S와 Operating이 같이 구동됨으로 서로가 타협이 필요하다. -> 서로간에 소통 할 방법이 필요하다. (2개의 인터럽트)

인터럽트의 실행 기능

1. 인터럽트는 일반적으로 모든 서비스 루틴의 주소를 포함하는 인터럽트 벡터를 통해 제어권을 인터럽트 서비스 루틴으로 이전한다.
   • interrupt : 운영 체제에서 컴퓨터에 예기치 않은 일이 발생하더라도 작동이 중단되지 않고 계속적으로 업무 처리를 할 수 있도록 해 주는 기능.
   • interrupt vecotr : 인터럽트 벡터는 인터럽트가 발생했을 때, 그 인터럽트를 처리할 수 있는 서비스 루틴들의 주소를 가지고 있는 공간이다.
2. 인터럽트 아키텍처는 인터럽트된 명령의 주소를 저장해야 한다.
   • 모든 정보를 O/S에 저장 후 현재 인터럽트가 무엇인지 물어보고 수행
3. 트랩 또는 예외는 오류 또는 사용자 요청으로 인해 발생하는 소프트웨어 생성 인터럽트이다.
4. 운영 체제가 인터럽트로 구동된다.
   • 드리븐의 예 : 골-드리븐 , 데이터드리븐
   • 인터럽트 드리븐 : 필요할 때 만 O/S가 도와줌
   • 타임 인터럽트 : 수 많은 프로그램이 동시에 수행되는것 처럼 작동

인터럽트 처리

1. 운영체제는 레지스터와 프로그램 카운터를 저장함으로써 CPU의 상태를 유지한다.
   • O/S가 쓰는 메모리에 저장
2. 인터럽트가 발생하는 유형을 결정
   • Polling : 적은 범위
   • Vectored interrupt system : 많은 범위
3. 각 유형의 인터럽트를 결정하는 코드의 부분을 결정
   • 인터럽트 : 질문함
   • 폴링 : 아무도 질문을 안 해서 직접 질문이 있는지 물어봄
   • 상태 : 대기 상태/ 실행 상태 / 준비 상태

I/O 구조

1. O/S가 없으면 프로그램 수행을 어떻게 하는지 사람이 모두 직접 해야한다.
   ex) 크기, 이름, 종류 등등 직접 정해서 프로그램 처리해주는 사람에게 줘야함
2. I/O가 시작된 이후에는 I/O가 완료시에만 컨트롤이 사용자 프로그램에 돌아간다.
   • 대기명령 : 다음 인터럽트가 발생할 때 까지 CPU를 대기 상태로 둡니다.
   • 대기루프 : 메모리 엑세스의 경쟁
   • 한 번에 최대 하나의 I/O요청이 미결 상태이며, 동시 I/O처리는 없음
3. I/O가 시작된 이후에는 I/O완료시 대기 없이 컨트롤이 유저 프로그램에 반환 된다.
   • 현재 처리중인 프로그램이 대기할 때 까지 기다리지 않고 다음 작업으로 넘어간 후 프로그램 대기가 끝나면 다시 가서 처리 (인터럽트)
   • System call - 사용자가 I/O가 완료되는 것을 기다릴 수 있도록 OS에 요청
   • Device-status table에는 각각의 I/O 디바이스의 유형, 주소, 상태를 나타내는 항목이 포함됨.
   • 장치 상태를 확인하고 인터럽트를 포함하도록 테이블을 수정하기 위한 I/O장치 테이블에 대한 O/S인덱스
   • 예시 코드에서 I/O가 아닌 것 : a = b, c = a + b, if(), while() . . .

스토리지의 구조

1. Main memory - CPU가 직접 접근 할 수 있는 대용량 스토리지
   • 휘발성 메모리
   • Random Access Memory(임의 접근 메모리 : 램)
     - 항상 동일한 시간이 걸림
     - 컴퓨터의 메인 메모리
     - 전원이 꺼지면 가지고 있던 데이터가 사라짐 (휘발성)
     - O/S 및 사용중인 데이터가 디바이스의 프로세서를 통해 신속하게 도달하게 도와주는 하드웨어
   • Direct Memory Access(직접 메모리 접근)
     - RAM에 비해 느림
     - CPU가 개입 없이 메모리를 읽거나 메모리에 쓸 수 있는 I/O 모듈 권한을 부여 받은 장치라고 봐도 무방
     - 메인 메모리와 I/O장치간의 교환을 제어
     - CPU는 전송의 시작과 끝에만 관여하고, 전체 블록이 전송된 후에만 중단
   • Secondary storage(보조 저장 공간) : 대용량 비휘발성 스토리지 용량을 제공하는 메인 메모리 확장
   • Magnetic disks : 단단한 금속이나 유리 접시를 덥는 자기 컴퓨터 부품
     - 디스크의 표면이 논리적인 트랙으로 나뉘고, 섹터로 세분화 됨
     - 디스크 컨트롤러는 장치와 컴퓨터 사이에 논리적인 상호작용을 결정함
   • Solid-state disks : 마그네틱 디스크보다 빠르고, 비휘발성
     - 다양한 기술
     - 더 대중화 됨

저장 계층

1. 저장 시스템은 계층에 조직화 됨
   • 속도, 비용, 휘발성
2. Caching : 더 빠른 스토리지에 정보를 복사하고, 메인 메모리를 보조 스토리지의 캐시로 볼 수 있음
3. Device Driver는 I/O를 관리하기 위한 각각의 디바이스 컨트롤러
   • 컨트롤러와 커널 사이에 획일적인 인터페이스를 제공
4. 레지스터 <-> 캐시 <-> 메인 메모리 <-> solid-state dist <-> 하드 디스크 <-> optical disk(ex : CD) <-> magnetic tapes(ex : 테이프)
   • 우측으로 갈 수록 느리고 값이 싸짐

캐싱

1. 중요한 원리이고, 컴퓨터에서 많은 단계로 수행이 됨
   • 하드웨어, O/S, 소프트웨어 에서
2. 사용중인 정보를 느린 스토리지에서 빠른 스토리지로 일시적으로 복사
   • 우선 스토리지(캐시)를 더 빠르게 확인하여 정보가 있는지 체크
     - 있는 경우, 캐시에서 직접 사용되는 정보
     - 없는 경우 데이터가 캐시에 복사되어 캐시에 사용
3. 캐시중인 스토리지보다 작은 캐시
   • 캐시관리 중요한 설계 문제

Direct Memory Accecss Structure (DMA의 구조)

1. 메모리 속도에 가깝게 정보를 전송할 수 있는 고속 IO장치에 사용
2. CPU 없이 직접적으로 버퍼에서 메인 메모리까지의 데이터의 블럭으로 디바이스 컨트롤러를 옮김
3. 유일한 인터럽트는 바이트당 인터럽트 보다 블럭당 생성 됨
4. 모든 수행 후 인터럽트

현대 컴퓨터가 일하는 방법

1. 폰 노이만 아키텍처 (Von Neumann Architecture)
   • 메모리에 프로그램과 데이터를 함께 넣어놓고, 차례로 불러내 처리하는 방식
   • 입력 데이터는 기억장치인 메모리에 저장되고, 중앙처리장치는 명령을 처리할 때, 메모리로부터 명령문과 입력 데이터를 불러들임
   • 중앙처리장치가 처리한 연산 결과는 다시 메모리에 저장
   • 이후 메모리에 있던 연산 결과가 모니터에 출력
   • 이와 같이 폰 노이만 아키텍처에서 중앙처리장치가 데이터를 처리하는 방식은 데이터를 메모리에서 가져오고, 처리 후 다시 메모리로 보냄
   • 이때 메모리에 올라온 명령문을 하나씩 차례로 처리
   • 데이터 저장을 위한 메모리와 프로그램 실행을 위한 메모리가 공통으로 사용되고 있고, 명령문을 하나씩 순차적으로 처리
2. 입력 데이터가 메모리에 저장 -> 중앙처리장치가 메모리로부터 명령문과 데이터를 불러들임 -> 연산 후 다시 메모리에 저장 -> 메모리에 있는 정보 출력
3. 코드 실행 시 값에 저장되는 경우 : int a, float b, . . . 값에 해당 데이터가 저장
4. 코드 실행 시 주소에 저장되는 경우 : a = b + c . . . b와 c의 값을 a라는 주소에 저장

컴퓨터 시스템의 구조

1. 대부분의 시스템은 싱글 범용 프로세서를 사용
   • 대부분의 시스템은 특수한 목적의 프로세서도 존재
2. 멀티프로세서 시스템의 사용과 중요성 증가
   • 병렬 시스템이라고도 하며, 강결합된 시스템이라고도 함
   • Tightly Coupled(강결합) 과 Loosely Coupleld(약결합)의 차이
     - Tightly Coupled(강결합)
     - 각 프로세스마다 독립된 메모리를 각지 시스템으로, 분산처리 시스템이라고도 한다.
     - 둘 이상의 독립된 컴퓨터 시스템을 통신망(통신 링크)을 통하여 연결한 시스템이다.
     - 각 시스템마다 독자적인 운영체제를 가지고 있다.
     - 각 시스템은 독립적으로 작동할 수 있고, 필요한 경우에는 상호 통신을 할 수도 있다.
     - 프로세스 간의 통신은 메시지 전달이나 원격 프로시저 호출을 통해서 이루어 진다.
     - 각 시스템마다 독자적인 운영이 가능하므로 프로세서 간이 결합력이 약하다.
     - Loosely Coupled 방식보다 더 정확하다는 인식이 있다.
     - Loosely Coupled 방식보다 계산량이 더 많다는 인식이 있다.
     - 장점
     - 재료처리량을 증가 : 프로그램을 묶어서 한번에 사용 (많은 일 가능)
     - 신뢰성 증가
     - 경제적?? : 뒤에 갖다 붙이는 느낌?
     - Loosely Coupleld(약결합)
     - 동일 운영체제 하에서 여러 개의 프로세스가 하나의 메모리를 공유하여 사용하는 시스템으로 다중(병렬)처리 시스템이라고도 한다.
     - 하나의 운영체제가 모든 프로세스와 시스템 하드웨어를 제어한다.
     - 프로세스 간의 통신은 공유메모리를 통해서 이루어진다.
     - 하나의 메모리를 사용하므로 프로세서 간의 결합력이 강하다.
     - 공유 메모리를 차지하려는 프로세스 간의 경쟁을 최소화해야 한다.
     - 장점 : 엔지니어링 측면에서 자유도가 굉장히 높다.
     - 단점 : 특정 센서를 믿을 수 없을 때 어떻게 처리해야하는지 직접 설계해야한다.
     • Asymmetric Multi Processing(AMP)
       - 각 프로세서는 특정 작업을 할당
       - 두 개 이상의 각각의 프로세서가 자신만의 다른 특정 기능을 수행하는 아키텍쳐
       - Symmetric Multi Processing(SMP)
       - 각 프로세서는 모든 작업을 수행
       - 두 개 이상의 프로세서가 하나의 컴퓨터 시스템 아키텍쳐를 공유하도록 연결
       - 각각의 프로세서는 독립적으로 자신의 작업을 처리한다는 의미
       

클러스터 시스템

1. 멀티프로세서 시스템과 비슷하지만, 여러 시스템이 함께 작동
   • 보통 storage-area network(SAN)을 통해 스토리지를 공유
   • 오류가 발생 하더라도 높은 가용성의 서비스를 제공
     - Asymmetric clustering는 hot-standby mode의 시스템 존재
     - Sysmmetric clustering는 에플리케이션을 실행하고, 서로 모니터링을 하는 여러 노드가 존재
   • 일부 클러스터는 high-performance computing(HPC)를 갖기 위함
     - 병렬화가 되기 위해서는 애플리케이션이 작성되야함
   • 일부는 충돌하는 작업을 방지하기 위해서 distributed lock manager(DLM)을 가짐

O/S 구조

1. 효율성을 위해 필요한 멀티프로그래밍(Batch system) -> 데이터를 모아서 처리 (ex : 연말 정산과 같은 개념)
   • 사용자는 CPU와 I/O디바이스를 항상 사용중으로 유지할 수 없음
   • 멀티프로그래밍 프로그램(code and data)을 구성하여 CPU에 항상 실행 할 작업이 있음
   • 시스템의 전체 작업 중 일부가 메모리에 저장 됨
   • 작업을 예약하여 하나의 작업을 선택하고 실행
   • 대기중엔 다른 작업으로 전환 됨
2. Timesharing(mumtitasking)는 CPU가 작업을 너무 자주 전환하여 사용자가 실행 중인 각 작업과 상호 작용하여 대화형 컴퓨팅을 생성할 수 있는 논리적 확장
   • mumtitasking : Batch system에 비해 빠름 -> 시간을 굉장히 빠르게 나눠서 동시에 하는 것 처럼 보임 (일부만 조금씩 빠르게 해결)
   • 응답시간은 1초보다 빨라야함
   • 각 사용자는 메모리에서 실행중인 프로그램을 하나 이상 보유 -> 프로세스
   • 여러 작업을 동시에 실행 할 준비가 된 경우 -> CPU스케줄링
   • 프로세스가 메모리에 맞지 않는 경우, 스왑을 통해 프로세스가 실행되도록 이동
   • 가상의 메모리를 사용하여 메모리에 포함되지 않은 프로세스를 실행

O/S Operations

1. 인터럽트 드리븐(하드웨어 and 소프트웨어)
   • 한 장치에 의한 하드웨어 인터럽트
   • 소프트웨어 인터럽트(exception or trap)
     - 소프트웨어 에러 (division by zero)
     - 운영체제 서비스 요청 (open file . . .)
     - 다른 프로세스 문제로는 무한 루프, 프로세스 상호 수정 또는 운영 체제 등 존재
   • 미시적 : 능동적 / 수동적인 인터럷트 구분 필요
   • 거시적 : 운영체제의 주요 하는 일 4가지
     - Process management : Process가 일을 하고 기다리는 행위를 관리
     - memory management : 각 메모리를 할당해주는 일
     - device management : 각기 다른 디바이스(입출력장치)를 제조회사가 만든 드라이브를 통해 동일한 신호를 사용하여 운영체제로 전달
     - file management : 실제 file의 모습과 사람이 보는 file의 모습이 다름으로 이러한 것을 해결해주는 일
2. 듀얼 모드 작동을 통해 OS는 자신과 다른 시스템 구성 요소를 보호할 수 있음
   • 유저 모드와 커널 모드
   • 하드웨어에서 제공하는 비트 모드
     - 시스템이 사용자 코드 또는 커널 코드를 실행 중인지 구별하는 기능 제공
     - 권한이 있는 것으로 지정된 일부 명령은 커널 모드에서만 실행 가능합니다
     - 시스템 콜이 커널 모드로 변경되고 호출에서 복귀하면 사용자로 재설정
     - System call : open, close, read, wrtie
3. 멀티 모드 작업을 지원하는 CPU가 증가
   • i.e. VMs의 가상 장치 관리(virtual machine manager_VMM)모드

사용자에서 커널 모드로 전환

1. 무한 루프/프로세스 호깅 리소스를 방지하기 위한 타이머
   - 타이머가 일정 시간 후에 컴퓨터를 중단하도록 설정
   - 실제 클럭으로 감소된 카운터 유지
   - 운영 체제에서 카운터 설정(특권 지침)
   - 카운터 0이 인터럽트를 생성할 때
   - 스케줄링 전에 설정하여 할당된 시간을 초과하는 프로그램을 다시 제어하거나 종료
   - 스케줄링 : 현재 진행중인 작업 후 메모리에 순서대로 입력된 데이터가 아닌 효율적인 처리가 가능한 데이터 우선 처리
   

Process Management (프로세스 관리)

1. 프로세스는 실행 프로그램이다.
2. 프로세스는 시스템 내의 작업 단위이다.
3. 프로그램은 수동적이고, 프로세스는 능동적이다.
4. 프로세스는 작업을 수행하기 위한 리소스를 필요로 한다.
   • 4가지의 리소스 : CPU, Memory, I/O, files
   • 초기화 데이터
5. 프로세스 종료시 재사용 가능한 리소스 회수가 필요
6. 단일 스레드 프로세스에는 실행할 다음 명령의 위치를 지정하는 하나의 프로그램 카운터 가지고 있다.
   • 프로세스는 한 번에 하나씩 순차적으로 명령을 실행하고 완료한다.
7. 멀티 스레드 프로세스는 스레드당 하나의 프로그램 카운터를 가지고 있다.
8. 일반적으로 시스템에는 하나 이상의 CPU에서 동시에 실행되는 많은 프로세스, 일부 사용자 및 일부 운영 체제가 있습니다
   • 프로세스와 스레드 사이에 CPU를 다중화 하여 동시성 제공
   • CPU 다중화 : 한 사람이 동시에 여러 행동을 하는 것 (ex: 티비를 보면서 전화, 컴퓨터 등 같이 사용)

Process Management Activities

1. 운영체제는 프로세스 관리와 관련하여 다음 활동을 담당함
   • 사용자와 시스템 프로세스 모두 생성과 삭제
   • 프로세스 일시 중단 및 재개 (이를 스케줄링 이라고 함)
   • 프로세스 동기화 메커니즘 제공
   • 프로세스 커뮤니케이션 메커니즘 제공
   • deadlock handling 메커니즘 제공 (교착상태 처리)

Memory Management

1. 프로그램을 전부 또는 일부를 실행하기 위해서는 메모리에 있어야 함
2. 프로그램으로 부터 필요로 하는 전부 또는 일부의 데이터는 메모리에 있어야 함
3. 메모리 관리는 언제 메모리에 있는지 무엇이 있는지를 결정함
   • 꼭 필요한 데이터가 메모리에 올라가있음
4. 메모리 관리 활동
   • 현재 메모리의 어떤 부분이 누구에 의해 사용되고 있는지 추적
   • 메모리로 또는 메모리에서 이동 할 프로세스(혹은 일부) 데이터 결정
   • 필요에 따라 메모리 공간 할당 또는 할당 해제

Storage Management (File_01)

1. OS는 정보 스토리지의 논리적인 관점에 대해 일관되게 제공
   • 컴퓨터에서 매우 중요한 로지컬, 피지컬 관점
   • 물리적인 속성을 논리적인 스토리지 유닛으로 추상화
     - file : 피지컬 프로퍼티를 추상화 함
   • 각 매체는 장치에 의해 제어됨 (ex : disk drive, tape drive . . .)
     - 액세스 속도, 용량, 데이터 전송 속도, 액세스 방법(순차 또는 무작위) 등 다양한 속성
     - 다양한 피지컬 프로퍼티를 앱스트랙트 한다는 의미를 예로 설명
     - 하드 디스크를 읽을때나 USB파일을 읽을때나 동일
2. file의 본질에 대한 설명
   • 복잡 / 다양한 종류의 파일 저장 장치 : 컴퓨터
   • 단순 / 일원화된 파일의 모습 : user

File-System Managemnet (File_02)

1. 일반적으로 디렉토리로 구성된 파일
2. 대부분의 시스템에서 액세스 제어 기능을 사용하여 액세스할 수 있는 사용자 결정
3. OS에 포함된 활동
   • 파일과 디렉토리를 생성하고 삭제함
   • 파일 및 문서를 조작하기 위한 기본 요소
   • 보조스토리지에 파일 매핑
     - 매핑이라는 의미
     - 가상 메모리 주소를 물리적인 메모리 주소로 변환하여 해당 주소에 있는 데이터에 접근하게 하는 것
     - 가상 메모리 주소 공간과 물리적인 메모리 주소 공간의 일대다 대응 가능
     - 일대일 매핑 : 가상 메모리와 물리 메모리가 완전히 일치하는 경우
     - 일대다 매핑 : 가상 메모리 주소 공간에서 여러 개의 주소가 물리 메모리 주소 공간에서 하나의 주소에 대응하는 경우
     - 매핑은 가상 메모리의 장점인 프로그램의 안전성, 보안성, 효율성 등을 실제 물리 메모리에 반영할 수 있게 해주는 아주 중요한 역할
     - 안정적인(비휘발성) 스토리지 미디어에 파일 백업
4. 사용자가 원하는대로 구성이 가능하게 만들어줌 : 생성, 수정, 삭제 등등 . . .

Mass-Storage Management

1. 일반적으로 디스크는 기본 메모리에 맞지 않는 데이터나 "오래" 보관해야 하는 데이터를 저장하는 데 사용 (크거나 영구적 보관)
2. 적절한 관리가 가장 중요
3. 컴퓨터 작동의 전체 속도는 디스크 서브시스템과 그 알고리즘에 달려 있습니다
   • 힌지 : 스토리지에서 속도가 가장 느림
4. OS의 활동
   • 여유 공간 관리
   • 저장공간 할당
   • 디스크 스케줄링
     - 프로세서 스케줄링과 차이점 : 스케줄링은 요청 순서 보다는 효율적인 순서로 작업
5. 일부 스토리지는 빠르지 않아도 상관 없음
   • 3차 스토리지는 optical 스토리지와, 마그네틱 테이프를 포함
   • 여전히 OS또는 어플리케이션에 의해 관리 되어야만 함
   • WORM(write - once, read - many - times)와 RW(read - write)사이에 차이가 있음

다양한 수준의 스토리지 성능

1. 스토리지 계층 레벨 간의 이동은 명시적이거나 암시적일 수 있음

디스크에서 레지스터로 "A"데이터의 이동

1. 멀티태스킹 환경에서는 스토리지 계층에서 저장된 위치에 관계없이 최신 값을 사용하도록 주의
   
2. 멀티프로세서 환경은 모든 CPU가 캐시에서 최신 값을 가질 수 있도록 하드웨어의 캐시 일관성을 제공
   • cache coherency(캐시 일관성) : 공유 메모리 시스템에서 각 클라이언트(혹은 프로세서)가 가진 로컬 캐시 간의 일관성을 의미
3. 환경이 분산되는 상황이 더욱 복잡함
   • 데이터의 여러 복사본이 존재 할 수 있음
   • Chapter 17에서 다루는 다양한 솔루션

I/O 서브시스템

1. OS의 한 가지 목적은 사용자로부터 하드웨어 장치의 특성을 숨기기 위함
2. OS 서브시스템의 역할
   • buffering(데이터를 전송하는 동안 일시적으로 저장), caching(성능 향상을 위해 데이터의 일부를 더 빠른 스토리지에 저장), spooling(한 작업의 출력과 다른 작업의 입력이 중복됨)을 포함한 I/O의 메모리 관리
   • 일반적인 디바이스-드라이버의 인터페이스
   • 특정한 하드웨어 장치용 드라이버

보호 및 보안

1. Protection(보호) - OS에 의해 정의된 리소스에 대한 프로세스 또는 사용자의 액세스를 제어하는 모든 메커니즘
2. Security(보안) - 내부 및 외부 공격에 대한 시스템 방어
   • 서비스 거부, 경고, 바이러스, 신원 도용, 서비스 도난 등 다양한 범위
3. 시스템은 일반적으로 먼저 사용자를 구별하여 누가 무엇을 할 수 있는지 결정
   • 사용자 ID(or 보안 ID)에는 사용자당 하나씩 이름 및 관련 번호가 포함
   • 사용자 ID를 모든 파일과 연결하고 해당 사용자의 프로세스를 통해 액세스 제어를 결정
   • 그룹 식별자(그룹 ID)를 사용하면 사용자 집합을 정의하고 관리를 제어할 수 있으며 각 프로세스, 파일과도 연결
   • 권한 상승을 통해 사용자는 더 많은 권한을 가진 유효한 ID로 변경 가능

커널 데이터의 구조(O/S Program)

1. 표준 프로그래밍 데이터 구조와 유사함
   
2. 이진 탐색 트리 -> 속도 효율이 좋음 (정보를 빨리 찾고 해결)
   - left <= right
   - 실행 시간 : O(n)
   - 벨런스 이진 트리는 O(log n)
   
3. Hash함수는 hash map을 만들 수 있음
   
4. 비트맵 : n개 항목의 상태를 나타내는 n개의 이진 숫자 문자열 (이진수)
5. 리눅스 데이터 구조는 (include files <linux/list.h>, <linux/kfifo.h>, <linux/rbtree.h>)파일에 포함 됨

컴퓨터 환경

1. 컴퓨터 환경 : Traditional(기존의)
   • 우리가 알고 있는 일반적인 컴퓨터
   • 일반적으로 실행되는 장치의 목적
   • 그러나 대부분의 시스템이 다른 시스템과 상호 연결됨에 따라 흐려짐 (ex : 인터넷)
   • 포털(Portals)은 내부 시스템에 대한 웹 액세스를 제공
   • 네트워크 컴퓨터(씬 클라이언트)는 웹 터미널과 같음
   • 무선 네트워크를 통한 모바일 컴퓨터의 상호 연결
   • 네트워킹이 유비쿼터스화됨
     - 가정용 시스템에서도 방화벽을 사용하여 인터넷 공격으로부터 가정용 컴퓨터를 보호합니다
     - 유비쿼터스 : 사용자가 시간·장소에 구애받지 않고 자유롭게 네트워크에 접속할 수 있는 정보통신 환경
   • 휴대용 스마트폰, 테블릿 등등 . . .
   • 기존의 노트북과 기능적으로 어떠한 차이가 있는가?
   • 추가 기능 - 더 많은 OS 기능 (GPS, gyroscope)
   • 증강 현실과 같은 새로운 유형의 앱을 허용
   • 무선 IEEE 802.11 사용하거나 연결을 위한 셀룰러 데이터 네트워크를 사용함
   • 대표적으로 Apple IOS, Coogle Android가 있음
2. 컴퓨터 환경 : Distributed (분산된) - Distributed란 정의 및 네트워크를 통해서 - 서로 네트워크로 연결된 이질적인 개별 시스템 모음 - 네트워크가 통신 경로이며, TCP / IP가 가장 일반적 - Local Area Network (LAN) - Wide Area Network (WAN) - Metropolitan Area Network (MAN) - Personal Area Network (PAN) - 네트워크 운영체제는 네트워크를 통해 시스템간에 기능을 제공 - 통신체계를 통해 시스템이 메세지를 교환 할 수 있음 - 단일 시스템에 대한 환상 (일루전의 정의, 버츄얼 머신)
3. 컴퓨터 환경 : Client-Server
   - Client-Server Computing
   - 스마트 PC로 대체된 Dumb 단말기
   - 많은 시스템이 이제 서버를 통해 클라이언트가 생성한 요청에 응답
   - 컴퓨터 서버 시스템은 서비스를 요청하기 위한 클라이언트 인터페이스를 제공
   - 파일 서버 시스템은 클라이언트가 파일을 저장하고 검삭하기 위한 인터페이스를 제공
   
4. 컴퓨터 환경 : Peer-to-Peer (P2P)
   • 분산된 시스템의 또 다른 모델
   • P2P는 서버와 클라이언트를 구별하지 않음
     - 대신 모든 노트가 peer로 간주 됨
     - 각각 클라이언트, 서버 또는 둘 다 역할 수행 가능
     - 노트는 P2P네트워크와 합쳐져야 함
     - 네트워크의 중앙 검색 서비스에 서비스를 등록
     - 서비스 요청 브로드캐스트 및 검색 프로토콜을 통한 서비스 요청 응답
     - 예를 들어 Napster 및 Gnutella, Skype와 같은 VoIP(Voice over IP) 등이 있음
5. 컴퓨터 환경 : Virtualization
   • 학기 말에 이해 (어려움)
6. 컴퓨터 환경 : Cloude Computing
   - 네트워크를 통해 컴퓨팅, 스토리지, 애플리케이션까지 서비스로 제공
   - 가상화를 기본 기능으로 사용하기 때문에 가상화의 논리적 확장
   - Amazon EC2에는 수천 대의 서버, 수백만 대의 가상 머신, 인터넷을 통해 사용할 수 있는 페타바이트급 스토리지가 있으며 사용량에 따라 비용을 지불
   - 많은 형태들
   - Public cloud - 인터넷을 통해 누구나 지불 가능
   - Private cloud - 회사가 회사를 위해 운영
   - Hybrid cloud - public cloud, private cloud의 둘 다 포함
   - Software as a Service(SaaS) - 한 개 또는 그 이상의 어플리케이션은 인터넷을 통해 이용할 수 있음(ex : word processor)
   - Platform as a Service(PaaS) - 인터넷을 통해 애플리케이션을 사용할 수 있는 소프트웨어 스택
   - Infrastructure as a Service(IaaS) - 서버 또는 저장소는 인터넷을 통해 사용
   - 기존 OS와 VMM, 클라우드 관리 툴로 구성된 클라우드 컴퓨팅 환경
   - 인터넷 연결에는 방화벽과 같은 보안이 필요
   - Load balancer가 traffic을 여러 애플리케이션에 분산시킵니다
   
7. 컴퓨터 환경 : Real - Time Embedded Systems
   • 가장 널리 사용되는 컴퓨터 형태의 실시간 임베디드 시스템
     - real-time OS
     - 확장 사용
   • 다른 수 많은 특수한 컴퓨터 환경도 마찬가지임
     - 일부는 OS를 사용하고, 일부는 OS없이 작업을 수행
   • 실시간 OS에 명확한 고정 시간 제약이 있음
     - 제약 조건 내에 처리 해야 함
     - 제약 조건이 충족된 경우에만 올바르게 작동
     

Open-Soure Operating Systems

1. 단순히 binary closed-source가 아닌 소스코드 형식으로 OS를 제공
2. 복사 방지 및 DRM(Digital Dights Management) 이동에 대한 대응
3. "copyleft"GPL(GNU Public License)을 가진 FSF(Free Software Foundation)에서 시작 됨
4. 예를들어 GNU/Linux와 BSD UNIX(including core of Mac OS X) 그리고 수 많은 것들이 포함 됨
5. VMM을 VMware Player(Free on Windows), Virtualbox 처럼 사용할 수 있음
6. 탐색을 위해 게스트 운영 체제를 실행하는 데 사용