운영체제의 주요 역할
운영체제는 하드웨어와 소프트웨어 사이의 중간 관리자 역할을 하며, 시스템 자원을 효율적으로 관리한다.
| 역할 | 설명 |
|---|---|
| 프로세스 관리 | 프로그램의 실행 단위인 프로세스를 생성, 스케줄링, 종료 |
| 메모리 관리 | RAM을 효율적으로 나누어 사용하고, 접근을 보호 |
| 파일 시스템 관리 | 파일의 저장, 읽기/쓰기, 디렉토리 관리 등 |
| 입출력(I/O) 장치 제어 | 마우스, 키보드, 디스크, 네트워크 등의 I/O 요청 처리 |
| 보안과 권한 관리 | 사용자 간 자원 접근 제한, 암호화, 권한 검사 등 |
운영체제의 구조
1. 커널(Kernel)
운영체제의 핵심
하드웨어와 직접 소통하며, 메모리, CPU, 파일 시스템, 장치 등을 제어한다.
- 커널 모드에서만 실행되며, 사용자 프로그램은 직접 하드웨어를 접근할 수 없다.
- 대표 예시: Linux Kernel, Windows NT Kernel
2. 시스템 콜(System Call)
사용자 프로그램이 OS 기능을 사용할 수 있도록 제공하는 인터페이스
- 예:
read(),write(),fork(),exec(),open() - 하드웨어 접근은 반드시 시스템 콜을 통해 커널에 요청해야 한다.
프로세스와 스레드
| 구분 | 프로세스 | 스레드 |
|---|---|---|
| 단위 | 실행 중인 프로그램 | 프로세스 내 작업 단위 |
| 메모리 | 독립된 메모리 공간 | 메모리 공유 |
| 특징 | 독립적, 충돌 방지 | 가볍고 빠름, 충돌 가능성 |
| 예시 | 크롬 창 2개 | 각 탭은 하나의 스레드 |
- 운영체제는 각 프로세스를 별도로 관리하고, 스레드 간에는 자원 공유를 허용하기도 한다.
메모리 관리
운영체제는 RAM을 효율적으로 분배하고, 충돌을 방지한다.
프로세스마다 아래와 같은 메모리 구조가 존재한다.
- 코드 영역: 프로그램 실행 코드
- 데이터 영역: 전역 변수, static 변수
- 힙 영역: 동적 메모리 할당 공간
- 스택 영역: 함수 호출, 지역 변수 저장
운영체제는 각 프로세스의 메모리 공간을 분리하여 안정성을 확보합니다.
파일 시스템
운영체제는 디스크 상의 파일을 논리적으로 관리한다.
- 파일 이름, 위치, 크기, 권한 등의 메타데이터 관리
- 디렉토리 구조 생성 및 탐색
- 대표 파일 시스템 포맷: FAT32, NTFS, ext4 등
입출력 장치 관리 (I/O)
- 디스크, 마우스, 키보드, 네트워크 장치 등은 모두 I/O 장치
- 운영체제는 I/O 요청을 받아 장치 드라이버를 통해 처리한다.
- 사용자 프로그램은 시스템 콜을 통해만 접근 가능
서버 운영체제에 리눅스가 많은 이유
1. 비용 효율성
- 오픈소스 : 리눅스는 무료로 사용할 수 있는 오픈소스 운영 체제입니다. 서버를 대량으로 운영하는 기업이나 데이터센터 입장에서, 상용 운영 체제(예: Windows Server) 대신 리눅스를 선택하면 라이선스 비용을 절감할 수 있음
- 유연한 커스터마이징: 필요에 따라 소스 코드를 수정해 최적화할 수 있기 때문에 특정 하드웨어나 애플리케이션에 맞춘 서버 환경 구축이 용이
2. 안정성과 신뢰성
- 대부분의 리눅스 배포판(Ubuntu Server, CentOS, Red Hat 등)은 24/7(항상 가동)을 목표로 설계되었고, 다운타임이 적음
- 커널 패치와 업데이트가 활발히 이루어져 장기적인 안정성이 보장
- 금융, 클라우드 서비스, 인터넷 기업 등 대규모 트래픽을 처리하는 시스템에서 안정성이 중요한데, 리눅스는 이에 적합
3. 보안
- 사용자 권한 체계와 파일 시스템 보안이 강력
- 오픈소스 특성 덕분에 보안 취약점이 빠르게 발견되고 수정
- 서버 관리자가 방화벽, 접근 제어, 암호화와 같은 고급 보안 기능을 자유롭게 설정
4. 유연성과 확장성
- 리눅스는 다양한 서버 환경에 적응가능
- 웹 서버(Apache, Nginx), 데이터베이스 서버(MySQL, PostgreSQL), 파일 서버 등 모든 서버 역할을 수행할 수 있는 범용성.
- 다양한 하드웨어(고성능 서버부터 저성능 IoT 디바이스까지)를 지원하여 확장성이 높음
5. 커뮤니티와 생태계
- 전 세계 개발자와 서버 관리자가 참여해, 문제 해결과 최적화를 돕는 방대한 자료와 문서를 제공
- 리눅스를 기반으로 한 다양한 서버용 배포판(예: CentOS, Ubuntu Server, Debian, Red Hat)이 존재해, 용도에 맞는 선택이 가능
6. 서버 및 클라우드 환경에서의 점유율
- 리눅스는 클라우드 서버와 호환성이 뛰어나며, AWS, Google Cloud, Microsoft Azure 같은 주요 클라우드 서비스도 리눅스를 기반으로 운영
- 서버의 약 96%가 리눅스 기반이며, 이는 기업과 데이터센터에서의 선호도가 높음을 알 수 있음
7. 오픈소스 소프트웨어와의 호환성
- 리눅스는 많은 오픈소스 서버 소프트웨어와 완벽한 호환성을 제공
8. 성능 최적화
- 리눅스는 가벼운 커널 구조와 프로세스 관리 방식을 통해 서버 하드웨어를 최대한 효율적으로 활용
- 메모리 사용량이 적고, CPU 자원을 효율적으로 배분
- 불필요한 서비스와 GUI를 제거해 서버 전용으로 최적화된 환경을 구축 가능
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