운영체제 개요

(KOCW)운영체제-반효경 교수님강의를 정리하였습니다.

1. 운영체제란?

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

운영체제의 목적

1. 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공

   • 운영체제는 동시 사용자/프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것처럼 보이게 함

   • 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행

2. 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리

   • CPU, 메모리, I/O 장치 등의 효율적 관리

     1. 효율성 : 주어진 자원으로 최대한의 성능
     2. 형평성 : 특정 사용자/프로그램의 지나친 불이익 발생 방지

   • 사용자 및 운영체제 자신의 보호

컴퓨터 시스템의 구조

운영체제의 기능

• CPU : CPU 스케쥴링 ( 어떤 프로그램에게 CPU 사용권을 줄까?)

  • 운영체제가 다른 프로그램에게 CPU 사용권을 넘기게 되면, 운영체제가 마음대로 CPU 사용권을 통제할 수 없다. -> 하드웨어의 장치와 협조하여 스케쥴링을 한다.

• 메모리 : 메모리 관리 (한정된 메모리를 어떻게 쪼개서 쓸까? )

  • CPU의 작업 공간 / 운영체제는 컴퓨터가 작동할 때 항상 메모리의 한 부분을 차지하고 있다.

• 디스크 : 디스크 스케쥴링 (디스크에 들어온 요청을 어떤 순서로 처리할까?)

  • 엘리베이터 스케쥴링과 유사함

• 컴퓨터 내부(CPU, 메모리)와 I/O 디바이스간의 처리속도는 굉장히 차이가 크다. -> 속도차를 어떻게 극복할까? -> 인터럽트, 캐싱

  • 인터럽트 : I/O 디바이스에서 작업이 끝났음을 컨트롤러가 알려주는 것 (또는 예외상황이 발생했을때)
    • 인터럽트가 발생하면 CPU를 운영체제가 점유함

2. CPU 스케쥴링

• FCFS (First-Come First-Served)
• SJF(Shortest-Job First)
• RR(Round Robin)

3. 메모리 관리

1. 디스크내의 실행 파일(프로그램)을 실행하게 되면, 각 파일은 가상메모리를 생성하고, 물리적인 메모리에는 당장 필요한 부분만 담게 된다.

2. 그리고 물리적 메모리의 용량이 가득차게 되면, 특정 페이지를 디스크(스왑영역)으로 보낸다.

• 디스크는 비휘발성 메모리, 메모리는 휘발성메모리

• 디스크(스왑영역) 또한 비휘발성메모리이지만, 컴퓨터 전원이 꺼지면 필요없는 정보가 된다.

• 메모리 관리 : 메모리 용량이 가득 찼을 때, 어떤 페이지를 삭제해야 하는가?

  • LRU : 가장 오래 전에 참조 페이지 삭제

  • LFU : 참조횟수가 가장 적은 페이지 삭제

4. 디스크 스케줄링

• 디스크 접근 시간의 구성
  • 탐색시간(Seek time)
    • 헤드를 해당 트랙으로 움직이는데 걸리는 시간
  • 회전지연(Rotational latency)
    • 헤드가 원하는 섹터에 도달하기까지 걸리는 시간
  • 전송시간(Transfer time)
    • 실제 데이터의 전송 시간
• 디스크 스케줄링 : seek time을 최소화하는 것이 목표
  • FCFS
  • SSTF(Shortest Seek Time First)
  • SCAN(= 엘리베이터 스케줄링)
    • 헤드가 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리한다
    • 다른 한쪽 끝에 도달하면 역방향으로 이동하며 오는 길목에 잇는 모든 요청을 처리하며 다시 반대쪽 끝으로 이동한다.

5. 저장장치 계층구조와 캐싱

• Caching : copying information into faster storage system
  • 저장장치 간의 속도 차이를 완충하기 위한 방법

이미지 출처
https://core.ewha.ac.kr/publicview/C0101020170306154617836038
https://core.ewha.ac.kr/publicview/C0101020170308134855263835