운영체제란?
Operating System
컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층을 말한다.
좁은 의미에서의 운영체제 ⇒ 커널
- 커널이란?
- 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분이다. 시스템의 모든 것을 완전히 통제한다.
- 커널의 역할로는 하드웨어와 프로세스의 보안, 자원관리, 하드웨어 추상화가 있다.
넓은 의미에서의 운영체제
- 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념
운영체제의 목표
⭐ 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리한다. (자원관리)
- 자원이란? CPU, 기억장치, 입출력장치 등
- 자원을 효율적으로 관리하는 것이 운영체제의 주요한 목표!
- 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록 효율적 분배
- 사용자간의 형평성 있는 자원 분배
- 사용자 및 운영체제 자신의 보호
- 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리
- ex) 실행중인 프로그램들에게 짧은 시간 간격으로 CPU를 번갈아가며 할당해준다.
- ex) 실행중인 프로그램들에 메모리 공간을 적절히 분배해준다.
컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공한다.
- 동시 사용자/프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상을 제공한다.
- 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행해준다.
운영체제의 분류
분류 기준은 다음과 같다.
- 동시 작업 가능 여부
- 사용자의 수
- 처리 방식
기준 1. 동시 작업 가능 여부
- 단일 작업(싱글 태스킹)
- 한 번에 하나의 작업만 처리 가능!
- MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없다.
- 다중 작업(멀티 태스킹)
- 동시에 두 개 이상의 작업 처리
- UNIX, MS Window 등에서는 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령이나 프로그램을 수행할 수 있다.
기준 2. 사용자의 수
- 단일 사용자
- MS-DOS, MS Windows
- 다중 사용자
- UNIX, NT server
기준 3. 처리 방식
- 일괄 처리 (batch processing)
- 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리하는 방식이다.
- 작업이 완전 종료 될 때까지 기다려야 한다.
- ex) 초기 Punch Card 처리 시스템. OMR카드 같은 것에 코드를 마킹하고 전산소에 가서 맡긴 다음 하루가 지나야 오류가 났는지 알 수 있다. (ㅎㅎ)
- 시분할 (time sharing)
- 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용한다.
- 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가진다. ex) UNIX
- 단, 사용자가 늘어나면 응답 시간이 늘어나기도 한다.
- interactive 한 방식. 오류가 나면 즉각 알 수 있다.
- 현대의 컴퓨터가 사용하는 방식이며, 사용자를 위한 방식!
- 실시간 (Realtime OS)
- 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간시스템을 위한 운영체제
- ex) 원자로/공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로봇제어 등
- 실시간 시스템의 개념 확장
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좀더 완화된 실시간 시스템 개념으로 확장되고, hard와 soft로 구분되었다.
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Hard realtime system (경성 실시간 시스템) - 데드라인 안지키면 큰일나는 경우
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Soft realtime system (연성 실시간 시스템) - 데드라인은 있지만, 문제가 생겨도 큰일나지는 않는 경우(실시간 영상 송출 등)
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몇 가지 용어
- Multitasking - 컴퓨터에서 여러 작업을 동시에 수행하는 것
- Multiprogramming - 메모리에 여러 프로그램이 동시에 올라간다는 의미를 강조
- Time sharing - CPU의 시간을 나누어 쓴다는 의미를 강조
- Multiprocess
⇒ 넷 다 비슷한 의미라고 생각하면 된다!
- Multiprocessor - 하나의 컴퓨터에 CPU가 여러 개 붙어 있음을 의미
⇒ 고성능 컴퓨팅에서 배우게 된다.
운영체제의 예
유닉스 계열 (UNIX)
- 코드의 대부분이 C언어로 작성되었다.
- 기존 운영체제는 주로 어셈블리어로 개발했다. 이는 매우 어렵고 까다로운 작업이었기 때문에, 사람이 이해하기 쉬운 언어로 운영체제를 개발하기 위해 C언어가 탄생했다.
- 높은 이식성 - 기계어 집합이 전혀 다른 컴퓨터에서도 돌아간다는 뜻.
- 이식성이 어려운 운영체제는 다른 기계에서는 실행할 수 없다.
- 최소한의 커널 구조 - 핵심적인 기능만 커널에 들어가있어, 메모리 부담이 덜하다.
- 복잡한 시스템에 맞게 확장이 용이하다.
- 소스 코드가 공개되어있다. (MS계열과 다른 점!)
- 프로그램 개발에 용이하다.
- 다양한 버전이 있다.
- System V, FreeBSD, SunOS, Solaris
- Linux
- 공개 소프트웨어 정신에 기반해 만들어진 버전이다.
- 서버컴퓨터 개인컴퓨터 모두 지원한다.
DOS(Disk Operating System)
- MS 사에서 1981년 IBM-PC(개인용컴퓨터)를 위해 개발했다.
- 단일 사용자용 운영체제로 개발되어, 메모리 관리 능력에 한계가 있었다. (주기억장치 용량이 640KB..)
- 하드웨어가 급속도로 발전함에 따라 기능이 추가되며 누더기코드가 되었다.
- DOS 위에서 Windows 를 사용할 수 있었던 과도기를 거쳐, Windows 가 독자적인 운영체제가 되었다.
MS Windows
- MS 사의 다중 작업용 GUI 기반 운영체제
- Plug and Play, 네트워크 환경 강화
- DOS 용 응용프로그램과 호환성 제공
- 불안정성 → 현재는 상당히 안정적!
- 풍부한 지원 소프트웨어 (많은 사람들이 쓰기 때문)
Handheld device를 위한 운영체제
- PlamOS, Pocket PC 등등…
- 이제는 잘 사용하지 않는다.
운영 체제의 구조
💡 CPU ←→ Memory ←→ Disk, I/O device
CPU
누구한테 CPU를 줄까? → CPU 스케줄링
Memory
한정된 메모리를 어떻게 쪼개어 쓰지? → 메모리 관리
Disk
디스크에 파일을 어떻게 보관하지? → 파일 관리
- 엘리베이터 스케줄링과 유사하다.
- 헤드가 움직이며 처리하기 때문에 어떻게 하면 움직임을 최소화하여 최대한의 효율을 낼 수 있을지가 관건
IO device
각기 다른 입출력장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고받게 하지? → 입출력 관리
프로세스관리
- 프로세스의 생성과 삭제
- 자원 할당 및 반환
- 프로세스 간 협력
그외
- 보호 시스템
- 네트워킹
- 명령어 해석기 (Command Line Interpreter)
운영체제 과목을 어떻게 공부해야 할까?
사용자 관점이 아니라 OS 개발자 관점에서 공부해야 한다.
- 대부분의 알고리즘은 OS 프로그램 자체의 내용이다.
- 인간의 신체가 뇌의 통제를 받듯 컴퓨터 하드웨어는 운영체제의 통제를 받으며, 그 운영체제는 사람이 프로그래밍 하는 것이다.
- 스스로가 운영체제라고 생각했을 때 나의 할 일이 무엇일지 생각해 보면 무엇을 배워야 하는제 명확하게 알 수 있을 것이다!
Reference
개발자 헤이린