본 포스트는 '면접을 위한 CS 전공 지식 노트'를 기반으로 공부한 내용을 정리한 포스트입니다.
운영체제(OS, Operating System)는 사용자가 컴퓨터를 쉽게 다루게 해주는 인터페이스입니다. 한정된 메모리나 시스템 자원을 효율적으로 분배하는 참된 일꾼입니다. 참고로 운영체제와 유사하지만 소프트웨어를 추가로 설치할 수 없는 것을 펌웨어(firmware)라고 합니다.
출처 - 면접을 위한 CS 전공 지식 노트
운영체제의 역할과 구조
운영체제의 역할
- CPU 스케줄링과 프로세스 관리
CPU 소유권을 어떤 프로세스에 할당할지, 프로세스의 생성과 삭제, 자원 할당 및 반환을 관리 - 메모리 관리
한정된 메모리를 어떤 프로세스에 얼마큼 할당해야 하는지 관리 - 디스크 파일 관리
디스크 파일을 어떠한 방법으로 보관할지 관리 - I/O 디바이스 관리
I/O 디바이스들인 마우스, 키보드와 컴퓨터 간에 데이터를 주고받는 것을 관리
운영체제의 구조
GUI, 시스템콜, 커널, 드라이버 부분이 운영체제를 지칭
- 용어 설명
- GUI : Graphic User Interface
사용자가 전자 장치와의 상호작용을 편리하게 할 수 있도록 그래픽(아이콘 등)의 형태로 제공하는 인터페이스 - 드라이버 : 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어
특정 하드웨어나 장치를 제어하기 위한 커널의 일부분으로 동작하는 프로그램 - CUI : Character User Interface, 주로 CLI(Command-Line Interface)로 불림
그래픽이 아닌 명령어로 장치 등과 상호작용하기 위한 인터페이스 - I/O 요청 :
입출력 함수, 데이터베이스, 네트워크, 파일 접근에 관한 일
- GUI : Graphic User Interface
- 시스템콜
운영체제가 커널에 접근하기 위한 인터페이스
유저 프로그램이 운영체제(커널)의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출할 때 사용됨
유저모드에서 시스템콜을 호출하면 커널 모드로 변환되어 명령한 작업을 커널에서 수행하고 다시 유저모드로 돌아옴시스템 호출 또는 시스템 콜(system call), 간단히 시스콜(syscall)은 운영 체제의 커널이 제공하는 서비스에 대해, 응용 프로그램의 요청에 따라 커널에 접근하기 위한 인터페이스이다
출처 - 시스템호출 - 위키백과
컴퓨터의 요소
컴퓨터는 CPU, DMA 컨트롤러, 메모리, 타이머, 디바이스 컨트롤러 드응로 이루어져 있음
CPU
CPU(Central Processing Unit)는 산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치를 말함
인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석하여 실행하는 일꾼
관리자(OS)의 커널이 프로그램을 메모리에 올려 프로세스로 만들면 일꾼인 CPU가 처리
제어장치
제어장치(CU, Control Unit)는 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품
입출력장치 간 통신을 제어하고 명령어들을 읽고 해석하며 데이터 처리를 위한 순서를 결정
레지스터
레지스터는 CPU 안에 있는 매우 빠른 임시기억장치
CPU와 직접 연결되어 있어서 연산 속도가 메모리보다 수십~수백 배 빠름
CPU는 데이터 저장 방법이 없기 때문에 레지스터를 거쳐 데이터를 전달함
산술논리연산장치
산술논리연산장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)는 덧셈, 뺄셈, 같은 두 숫자의 산술 연산과 배타적 논리합, 논리곱 같은 논리 연산을 계산하는 디지털 회로
CPU의 연산 처리
- 제어장치가 메모리에 계산할 값을 로드 -> 레지스터에도 로드
- 제어장치가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 산술논리연산장치에 명령
- 제어장치가 계산된 값을 다시 '레지스터에서 메모리'로 계산한 값을 저장
인터럽트
어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것을 말함
'키보드, 마우스 등 I/O 디바이스로 인한 인터럽트'
'0으로 숫자를 나누는 산술연산에서의 인터럽트'
'프로세스 오류'
등으로 발생
하드웨어 인터럽트
키보드 연결, 마우스 연결 등의 I/O 디바이스에서 발생하는 인터럽트
이때 인터럽트 라인이 설계된 이후 순차적인 인터럽트 실행을 중지하고 운영체제에 시스템콜을 요청해서 원하는 디바이스로 향해 디바이스에 있는 작은 로컬 버퍼에 접근하여 일을 수행함
소프트웨어 인터럽트
트랩(trap)이라고도 함
프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출할 때 발동함
DMA 컨트롤러
DMA 컨트롤러는 I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치를 뜻함
CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어오기 때문에 CPU 부하를 막아주며 CPU의 일을 부담하는 보조 일꾼
또한, 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지해줌
메모리
메모리(memory)는 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치를 의미
보통 RAM(Random Access Memory)을 일컬어 메모리라고 함
CPU는 계산을 담당하고 메모리는 기억을 담당
CPU가 일꾼이라면 메모리는 작업장
메모리가 크면 클수록 많은 일을 동시에 할 수 있음(작업장이 클수록 창고에서 물건을 많이 가져다 놓고 많은 일을 할 수 있음)
타이머
타이머(timer)는 몇 초 안에 작업이 끝나야 한다는 것을 정하고 특정 프로그램에 시간 제한을 다는 역할을 함
시간이 많이 걸리는 프로그램이 작동할 때 제한을 걸기 위해 존재
디바이스 컨트롤러
디바이스 컨트롤러(device controller)는 컴퓨터와 연결되어 있는 I/O 디바이스들의 작은 CPU를 말함
