운영체제 KOCW 양희재 교수님 강의 정리

운영체제(Operating System)는 사용자가 컴퓨터를 사용하기 위해 필요한 소프트웨어이다. 우리가 일반적으로 컴퓨터를 사용하면서 실행한 모든 프로그램들은 운영체제에서 관리하고 제어한다. 대표적인 운영체제는 Windows, Linux, Mac OSX, iOS 등

1. 초기 컴퓨터 운영체제는 컴퓨터가 발전하면서 같이 발전하게 되었다. 초기 컴퓨터는 크게 3가지로 구성되었다. 카드 리더, 프로세서, 프린터이다. 카드 리더는 입력기이다. 입력은 종이에 입력할 코드에 맞는 구멍을 뚫어서 넣어주는 방식이었다. 프로세서는 현재와 비슷한 계산하는 역할이었고, 프린터는 입력에 대한 결과를 종이에 찍어서 보여주었다. 이 시기에는 ...

현재 컴퓨터 환경은 여러 사람이 동시에 한 컴퓨터를 사용하는 경우가 많다.(서버 컴퓨터) 그리고 그 외에도 하나의 컴퓨터 내에서 여러 프로그램을 수행하는 것이 일반적이다. 이 때 특정 컴퓨터나 프로그램에서 잘못된 동작으로 인해 다른 컴퓨터(프로그램)가 영향을 받는다면 이는 매우 위험하다. 예를 들어, 한 프로그램에서 고의 또는 실수로 STOP, HALT,...

운영체제의 주요 서비스는 하드웨어 자원을 각 사용자 애플리케이션에 적절히 분배해주는 것이다. 하드웨어 자원은 CPU, 메인 메모리, 하드디스크, 키보드, 마우스, 프린터 등이 존재한다. 이러한 하드웨어 자원을 사용자 애플리케이션이 요구하거나 운영체제 내의 규칙에 의해 적절히 분배하여 컴퓨터의 성능을 최대한 효율적으로 사용해야 한다. 이를 실현하기 위해 운...

1. 프로세스(Process) 프로세스는 메인 메모리에 할당되어 실행중인 상태인 프로그램을 말한다. 프로그램은 일반적으로 하드디스크(보조기억장치)에 저장되어 아무 일도 하지 않는 상태이다. 프로세스는 실행하면서 stack pointer, data, text, register 등이 끊임없이 변한다. 프로세스는 job, task 등으로 불리기도 한다. 1.2...

CPU가 하나의 프로세스 작업이 끝나면 다음 프로세스 작업을 수행해야 한다. 이때 다음 프로세스가 어느 프로세스인지를 선택하는 알고리즘을 CPU Scheduling 알고리즘이라고 한다. 간단히 생각해보면 먼저 온 프로세스가 먼저 실행되는 것이 가장 좋을 것이라 생각할

1. 프로세스와 생성과 종료 프로세스는 프로세스에 의해 만들어진다. 컴퓨터가 부팅이 되면 운영체제가 메모리에 올라오는데 운영체제가 처음으로 수행하는 일 중에 하나는 최초의 프로세스를 생성하는 것이다. 이렇게 처음 만들어진 프로세스가 다른 프로세스를 만들고 그 프로세스가

현대 컴퓨터의 메모리에는 여러 프로세스가 존재하는데, 이러한 프로세스들이 하나의 공유 메모리나 또 다른 프로세스에 접근할 때는 매우 신중해야 한다. 이처럼 한 프로세스가 다른 프로세스에게 영향을 받거나 주는 프로세스를 Cooperating process라고 한다. 반대로 아무런 영향을 미치지 않는 독립적인 프로세스는 Independent process이다...

1. 전통적 동기화 예제(Classical Synchronization Problems) 1.1 Producer-Consumer Problem 생산자-소비자 문제는 생산자가 데이터를 생산하면 소비자는 그 데이터를 소비하는 형태의 문제이다. 컴퓨터 환경에서 예를 보면, 컴파일러 -> 어셈블러, 웹 서버 -> 웹 클라이언트 등이 있다. 컴파일러에서 생성한 어셈...

1. Deadlock(교착상태) 프로세스는 실행을 위해 CPU, 메모리, 파일 등 여러 하드웨어 자원이 필요하다. 이를 운영체제에서 프로세스가 요구하는 자원을 적절히 분배해준다. 예를 들어, 한 프로세스가 A 자원을 가지고 있는 상태에서 B 자원을 요구하고 있다. 하지만 B 자원은 다른 프로세스 역시 요구하고 있는 자원인데, 이러한 상황에서 자원을 분배하는...

세마포는 실제로 매우 오래된 동기화 도구이다. 현재에는 모니터(monitor)라는 동기화 도구를 주로 사용하며, 이는 좀 더 고수준의 동기화 기능을 제공한다. 1. 모니터 구조 OS11-1 위는 모니터의 구조를 간단히 나타낸 그림이다. 모니터는 공유 자원 + 공유 자원 접근함수로 이루어져 있고, 2개의 큐를 가지고 있다. 각각 mutual exclus...

메모리는 CPU 자원만큼 컴퓨터를 사용하는데 매우 중요한 자원 중 하나이다. 이전에는 운영체제에서 CPU 자원을 관리하는 프로세스 관리에 대해 살펴보았고, 지금부터는 메인 메모리를 관리하는 기능에 대해 살펴볼 것이다. 특히, 과거에는 메모리가 매우 비싼 자원이었고 크기 또한 작았기 때문에, 운영체제에서 메모리에 대한 관리가 지금보다 더 중요하였다. 현재에...

1. 페이징(Paging) 외부 단편화로 인한 메모리 낭비는 매우 심하다는 것을 살펴보았다. Compaction을 사용하면 외부 단편화는 해결할 수 있지만, 그로 인해 발생하는 오버헤드와 비효율적인 성능으로 사용하기는 어렵다. 그 이후에 연구를 통해 나온 것이 페이징이다. 페이징은 hole을 가지고 해결하려 한 것이 아니라 프로세스를 작은 크기로 나눠서 외...

지금까지 살펴본 페이징은 프로세스를 물리적으로 일정한 크기로 나눠서 메모리에 할당하였다. 반면에 세그먼테이션은 프로세스를 논리적 내용을 기반으로 나눠서 메모리에 배치하는 것을 말한다. 세그먼테이션은 프로세스를 세그먼트(segment)의 집합으로 만들고, 각 세그먼트의 크기는 일반적으로 같지 않다. 프로세스를 code + data + stack 으로 나누는...

가상 메모리는 물리 메모리 크기의 한계를 극복하기 위해 나온 기술이다. 즉, 물리 메모리보다 큰 프로세스를 수행하기 위해 가상 메모리를 사용한다. 예를 들어, 100MB 메모리 크기에서 200MB 크기의 프로세스를 수행할 수 있도록 하는 것이다. 이러한 방식이 어떻게 가능할까? 앞서 메모리 낭비 방지의 동적 할당에서도 봤듯이, 필요한 부분만 메모리에 적재...

페이지 교체 알고리즘을 살펴보기 전에 Page reference string 이라는 용어를 알아야 한다. CPU가 내는 주소는 이진수 단위이지만, 페이지 교체 알고리즘을 계산하기 위해서는 이진수 주소 단위가 아닌 페이지 단위로 계산해야한다. 예를 들어, CPU가 내는 주소를 간단히 십진수로 표현하여 {100, 101, 102, 432, 612, 103, ...

1. Global VS Local Replacement Global Replacement: 메모리 상의 모든 프로세스 페이지에 대한 교체 작업을 수행한다. Local Replacement: 메모리 상의 자기 자신의 프로세스 페이지에 대해서만 교체 작업을 수행한다. 메모리 사용 효율은 일반적으로 Global Replacement가 좋다. 2. 프레임 할당...

컴퓨터 시스템 자원 중 가장 중요한 것은 CPU이다. CPU 자원 관리에 대해서는 맨 처음 부분에서 다루었으며 CPU 스케줄링, 프로세스 동기화 등에 대해서 배웠다. CPU 다음으로 중요한 자원은 메인 메모리와 같은 주기억장치이다. 메인 메모리 관리에 대한 주요 이슈는 페이징, 가상 메모리(요구 페이징) 등이 있었다. CPU, 주기억장치 다음 중요한 컴퓨...

1. 디스크 스케줄링 보조기억장치는 현재 여러 가지 존재하지만 아직까지는 하드 디스크가 주로 사용된다. OS19-1 하드 디스크의 구조는 앞서 살펴봤듯이 위 그림과 같다. 디스크에 접근하는 시간은 Seek time(탐색 시간) + rotational delay + transfer time 으로 계산할 수 있는데, 이 중에서 seek time(head를 ...