운영체제

좁은 의미의 운영체제를 보통 커널이라고 한다.

협의의 운영체제(커널)

• 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분

광의의 운영체제

• 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념

운영체제의 목적

크게 두가지로 나누어 볼 수 있다

1. 운영체제를 기준으로 아랫단(하드웨어)

- 컴퓨터 시스템의 자원(resource)을 효율적으로 관리해준다.
    - 자원이란?
        - 컴퓨터 시스템 안의 CPU나 메모리, 각종 입출력 장치, 하드디스크 같은 보조 기억장치 등
    - 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리
        - 사용자간의 형평성 있는 자원 분배
        - 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록
    - 사용자 및 운영체제 자신의 보호
    - 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리
- 여러 사용자가 컴퓨터를 실행시키면 각자 자신들 만의 컴퓨터가 있다고 생각을 하지만 실제로는 한대만 존재. 그리고 그 안에 CPU, 메모리 등이 있다.
- 원칙적으로 컴퓨터에는 하나의 CPU 존재

2. 운영체제를 기준으로 윗단(사용자)

   컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공

   • 운영체제는 동시 사용자/프로그램들이 각자 독자적 컴퓨터에서 수행되는것 같은 환상을 제공
   • 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행

- 컴퓨터 한대 존재(운영체제 설치되어 있음)
- 사용자들이 프로그램을 실행시키게 되면 마치 자기 프로그램만 컴퓨터에서 실행되는거 같은 환상을 제공한다.
- 이러한 개념이 위의 그림 운영체제를 기준으로 윗 단의 내용이다.
- 실제 내부적으로는 여러 사람들의 프로그램이 컴퓨터 한대에서 동시에 실행됨.

운영체제의 분류

동시 작업 가능 여부

단일 작업(single tasking)

• 한번에 하나의 작업만 처리

예 ) MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음

다중 작업(multi tasking)

• 동시에 두 개 이상의 작업 처리

예 ) UNIX, MS Windows 등에서는 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령이나 프로그램을 수행할 수 있음

사용자의 수

단일 사용자 (single user)

• 예 ) MS-DOS, MS Windows

다중 사용자 (multi user)

• 예 ) UNIX, NT server

처리 방식

일괄 처리 (batch processing)

• 작업 요청의 일정량 모아서 한꺼번에 처리
• 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함

예 ) 초기 Punch Card 처리 시스템

시분할 (time sharing)

현대 운영체제

• 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
• 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐

예 ) UNIX

• interactive한 방식

실시간 (Realtime OS)

• 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS
  • Deadline이 있기 때문에 정해진 시간 안에 해야함.

예 ) 원자로/공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로보트 제어

실시간 시스템의 개념 확장

• Hard realtime system (경성 실시간 시스템)
• Soft realtime system (연성 실시간 시스템)

운영체제의 몇 가지 용어

• Multitasking
  • 여러 작업이 동시 수행되는 것
  • CPU에서는 매 순간 하나의 작업만 실행되고 있음.
  • 짧은 시간 간격으로 분할해서 할당하기 때문에 동시에 실행되는 것처럼 보임.
• Multiprogramming
  • 여러 프로그램이 메모리에 올라가 있음을 강조한다.
  • Multitasking이 되려면 메모리에 여러 프로그램이 올라가 있어야 하지만, 메모리 측면을 강조한 것이 Multiprogramming이다.
• Time sharing
  • 이것 또한 위의 의미들과 비슷한데, 시간을 공유해서 쓰는 방식
  • CPU를 강조
• Multiprocess
  • 프로세스는 실행 중인 프로그램
  • 여러 프로그램이 실행된다 라는 의미
• 구분
  • 위의 용어들은 컴퓨터에서 여러 작업을 동시에 수행하는 것을 뜻한다.
  • Multiprogramming은 여러 프로그램이 메모리에 올라가 있음을 강조한다.
  • Time sharing은 CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓴다는 의미를 강조한다.

Multiprocessor

: 하나의 컴퓨터에 CPU (processor)가 여러 개 붙어 있음을 의미한다.

운영체제의 예

초창기 대형 컴퓨터를 위해 만들어진 운영 체제

유닉스 (UNIX)

• 코드의 대부분을 c언어로 작성
• 높은 이식성
• 최소한의 커널 구조
• 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
• 소스 코드 공개
• 프로그램 개발에 용이
• 다양한 버전
  • System V, FreeBSD, SunOS, Solaris
  • Linux

개인용 컴퓨터 PC를 위해 만들어진 운영 체제

DOS (Disk Operating System)

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

MS Windows

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

Handheld device를 위한 OS

• PalmOS, Pocket PC (WinCE), Tiny OS

운영체제의 구조

컴퓨터 시스템의 자원들을 표시해 놓은 그림

• CPU

  • 누구한테 CPU를 줄까?
    • CPU 스케줄링
    • 여러가지 방법들이 있음. 뒤에서 배운다.

• memory

  • 한정된 메모리를 어떻게 쪼개어 쓰지?
    • 메모리 관리
    • 너무 꽉차서 어떤 것을 Disk로 쫓아내야함.
    • 어떤걸?
      • 미래에 쓰이지 않을 것과 쓰일 것을 예측함.
      • 과거 데이터를 기반으로.

• Disk

  • 디스크에 파일을 어떻게 보관하지?
    • 파일 관리
    • 디스크도 스케줄링 개념이 있음.
    • 디스크 스케줄링은 헤드가 직접 움직이기 때문에 어떻게 하면 이 헤드가 최소한의 움직임으로 많은 요청을 처리할 수 있는가를 결정해줌.

• I/O device

  • 각기 다른 입출력장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고 받게 하지?
    • 입출력 관리
    • interrupt에 기반해서 관리를 하고 있다.
    • interrupt란?
      • cpu는 워낙 빠른 장치이기 때문에 자기 할 일을 하고 있다.
      • i/o 장치가 뭘 하는지 신경 안씀.
      • 그런데 i/o 장치가 cpu에게 보고해야 할 것이 있다면 cpu에게 interrupt를 건다.
      • 그렇다면 cpu가 다음 동작을 하기 전에 처리해줌.

• 프로세스 관리

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

• 그 외

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