OS, kernel, terminal, console, shell

이현빈·2023년 4월 13일

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OS(Operating System)

컴퓨터 시스템을 구성하고 있는 여러가지 자원(resource)에게 어떤 동작을 하도록 지시하는 역할을 하는 프로그램들의 집합이다.
사용자 측면에서 컴퓨터의 하드웨어에 대한 지식 없이도 시스템을 쉽게 사용 가능하게 해주고 시스템 측면에서 컴퓨터 시스템의 성능을 최대 한도로 향상시키는 프로그램이다.
```
* 컴퓨터의 하드웨어 관리
* 응용프로그래밍(application, App)의 토대를 제공해주는 프로그램
* 사용자, 응용프로그램들과 하드웨어 사이의 중간 매개체 역할
```

OS의 목적

운영체제는 User Interface를 제공하여 사용자가 컴퓨터의 H/W 지식 없이도 편리하게 시스템을 사용하게 한다.
컴퓨터 시스템의 자원들을 효율적인 운영한다.(자원 스케쥴링 등등)

OS가 제공하는 Services

프로그램 실행: 사용자가 원하는 프로그램을 실행시킨다.
입력/출력 동작 지원: 사용자 프로그램이 데이터의 I/O를 수행할 수 있게 지원한다.
파일 시스템 조작: 파일의 생성, 삭제 등의 파일 관리에 대한 기능을 제공한다.
자원 관리 및 할당: 여러 사용자 혹은 프로세스가 제한된 자원을 사용하려고 할 때 효율적으로 해당 지원 할당을 수행한다.
계정 관리: 사용자들의 컴퓨터에 관한 기록을 저장하고 이를 처리하여 자원의 활용 상태 파악 등에 이용한다.
오류 탐지: 항상 가능한 모든 오류의 상태를 탐지한다.
보호: 사용자 정보를 보호할 수 있는 체제를 제공한다.

OS의 종류

여러 OS들

windows
Linux
Unix
Mac OS

운영기법에 의한 종류

일괄 처리 (Batch processing) 시스템
- 한번에 하나의 프로그램만이 수행된다.
- 운영체제는 항상 메모리의 상주한다.
- 처리 속도를 향상시키기 위해 유사한 요구를 필요로하는 작업을 일괄처리하였다.
- 시대적으로 가장 먼저 생겨난 형태이다.
- 기계적 입출력 장치가 전자적 장치의 속도보다 상대적으로 느려 CPU가 쉬는 경우가 많다는 단점이 있었다.
다중 프로그래밍(Multi-programming) 시스템
- 여러 개의 프로그램을 동시에 메모리에 적재하여 하나의 프로그램을 수행하다가 I/O, 인터럽트 등에 의해 대기상태가 되면 그 동안 다른 프로그램을 실행하는 방식이다.
- 입출력과 프로그램의 실행을 병렬로 할 수 있어 CPU 사용 효율이 증가한다.
시분할 (Time sharing) 시스템
- 다중 프로그래밍 시스템은 사용자와의 상호작용을 제공하지 못했기 때문에 등장한 시스템이다.
- 다중 프로그래밍과 달리 정해진 시간이 되면 무조건 다음 순서의 작업을 실행하는 방식이다.
- 작업 교대 시간이 매우 짧아 프로그램이 실행되는 동안 사용자는 컴퓨터와 상호작용을 한다.
- 가상 메모리를 사용하여 많은 메모리를 사용할 수 있다.
다중 처리 (Multi-processing) 시스템
- 여러 개의 CPU와 한 개의 주기억 장치로 여러 프로그램을 동시에 처리하는 시스템이다.
실시간 처리(Real time)시스템
- 프로세서 작동이나 데이터 흐름에 엄격한 시간 제약이 있을 때 사용한다.
- 발생 자료를 바로 처리한다.
- 실시간 시스템의 운영체제는 보통 특수 목적용이다.
  - e.g. 기차표 예약 업무, 은행 업무
다중 모드 시스템
- 일괄 처리 시스템 + 시분할 시스템 + 다중 처리 시스템 + 실시간 처리 시스템
분산 처리 시스템
- 네트워크를 통해 통신하여 그 기능을 제공한다.
- 여러 프로세서를 사용하지만 밀결합(tightly-coupled) 구조가 아닌 소결합(loosely-coupled) 형태이다.
- 컴퓨터 버스나 클럭을 공유하지 않고 네트워크를 이용해 통신한다.

kernel

kernel: 알맹이

운영 체제의 일부로 하드웨어와 프로세스의 운용을 위한 소프트웨어(operating system의 core program)
user program(or application) 수행에 필요한 여러 서비스를 제공하기 위한 인터페이스를 제공한다.
컴퓨터 H/W (CPU, memory)의 resource들을 관리한다.

H/W resource management

kernel은 computer H/W의 physical resource를 관리하며 이들의 abstraction(or virtualization)인 virtual resource를 생성 및 관리한다.
virtual resource는 physical resource를 abstraction한 것으로 user program들에서는 해당 virtual resource가 보이며 이를 통해 user program들은 현재 자신이 특정 H/W를 혼자서 쓰는 것처럼 느끼게 된다.

physical H/W	Virtual H/W
CPU	task or processor
memory (or RAM)	Page or Segment
Disk (or HDD, SDD)	File
Network	soket

다음은 kernel이 수행하는 H/W resource 관리이다.

System call interface: application에서 system으로 어떤 명령을 주고 싶을 때(e.g. open()으로 파일 열기) system call이라는 것을 하는데 이 system call이 interface를 통해서 전달이 된다.
Process management: OS는 수많은 process를 관리한다. process는 실행 중인 프로그램을 말하고 OS는 CPU나 메모리 같은 resource를 사용해서 process를 수행한다.
Memory management: 물리 memory 공간을 어떻게 사용할지에 대해서도 관리한다. 독립적인 공간을 확보해주거나 효율적으로 사용할지도 관리한다.
network stack: network의 data 입출력을 받아다가 application으로 올려주기도 하고 data를 network device를 통해서 송수신 해준다.
File system management: 기록된 data를 물리적인 장치에 저장하거나 읽어주는 기능을 한다. 파일단위로 삭제하거나 access 할 수 있다.
Device driver: computer에 연결된 장치들을 driver라는 매게체를 통해서 제어하고 application 단에서는 추상적으로 제어할 수 있도록 한다.
interrupt handling
I/O Communication
입출력 통신관리

OS는에서의 역할

OS는 kernel에 system program (shell 및 여러 S/W)들이 더해져서 구성된다.
추가되는 system program들은 file system utility, windowing system 등으로 User 또는 User program들이 컴퓨터를 보다 편리하게 사용할 수 았도록 해준다.
사실 kernel은 컴퓨터와 직접적으로 interaction은 하지 않고 shell이 중간에 위치하여 이를 담당한다.