[운영체제] Ch02. OS Structure (1)

🔗 운영체제 형태

• user interfaces
  : user와 OS가 서로 상호 작용할 수 있도록 제공
  ex) GUI, batch, command line 등
• system calls
  : Application이 OS와 상호 작용하기 위한 유일한 방법
• services
  : Applications request services to OS

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🙋 사용자 관련 OS 서비스

• User Interface

  • CLI
    : Command-Line Interface
    ex) 터미널
  • GUI
    : Graphical User Interface
    ex) Windows, Mac, 스마트폰 등
  • batch
    : 여러 프로그램을 미리 순서 정해놓고 일괄적으로 처리

• 프로그램 실행

• I/O operations

• File system 처리

  • OS 없이는 파일 시스템에 접근할 수 없음

• 네트워크 통신

  • 프로세스간의 데이터 communication 포함

• Error Detection

  • 에러가 발생하면 이를 감지해서 조치를 취함
  • 대부분의 OS는 에러가 발생하면 프로그램 종료
  • ex) Bit-flip, memory error, power failure 등

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🗝 효율성 관련 OS 서비스

• Resource 할당

  • CPU cycles, 메모리 공간, 메모리 bandwidth 등

• Accounting

  • 각각의 프로세스들이 리소스(CPU, 디스크 메모리 등)를 어느 정도 썼는지 추적

• Protection & Security

  • 하나의 프로세스가 리소스를 모두 사용하는 것을 방지
  • 프로세스 간 간섭을 막아줌

    " A system is as secure as its weakest link "

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🎨 OS Design

• Design 목표

  • 사용자 관점
    • 사용하기 쉽도록
    • 배우기 쉽도록
    • fast
    • 쉽게 죽지 않도록 (reliable)
  • 시스템 관점
    • 구현하기 쉽도록
    • 유지 보수하기 쉽도록 (version 업데이트 하기 편하게)
    • 운영하기 쉽도록 (여러 대의 컴퓨터 운영하기 편하게)
    • flexible & efficeint
    • 고장에 대한 대비가 잘 되어있는지 (fault-tolerant)

• 가이드라인 : Mechanism & Policy

  • Mechanism
    : 기술적인 측면, 어떤 Policy에 대해 어떻게 실행할건지
  • Policy
    : 어떤 것을 하고 싶은 지에 대한 정책, 기술적인 것 x

    Policy가 바뀔 것에 대비해서 Mechanism을 개발할 때는 파라미터화 하는 것이 중요!
    (Separation of policy from mechanisms)

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🧩 OS Implementation

• Assembly language

  • 장점
    • difficult & tedious
    • 에러가 생기기 쉬움
    • 다른 환경의 컴퓨터에 돌리기 어려움 (difficult to port)

• High-level language

  • 장점
    • 구현 시간이 빠름
    • 코드가 간략하고 이해하기 쉬움
    • 컴파일러가 발전하는만큼 한번 생성된 코드의 성능도 좋아짐

우선 high-level language로 코드를 짜고, 그 다음에 assembly language로 바꾸는 방법이 좋음

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🗿 OS 구조

• Simple Sturcture

  

  • 간단하게 시작되었지만 기능이 계속 추가되면서 복잡해지고, 시스템적으로 중앙 통제에서 벗어남
  • 크게 보면 layer로 나눠져 있어서 Monolithic(하나의 거대한 형태) 하지 않지만, 커널 부분은 tightly-coupled 되어있음

• 이상적인 구조 (Layered Approach)

  
  특정 layer에서는 자신의 바로 밑에 있는 레이어의 서비스를 이용한다. (함수 호출)

  • 장점
    : 간단하고, 디버깅 하기 쉬움
    (아래 레이어의 구현을 바탕으로 구현했기 때문에, 해당 레이어에서 새로 생긴 버그만 해결하면 됨)

  • 단점
    : 레이어를 나누기가 힘들고, 레이어끼리 함수 호출하는 과정에서 overhead(과부화)가 발생할 수 있음

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📍 Microkernel

: 핵심 기능만 kernel에 남기고, 나머지는 빼버린 최소화된 커널
(Monolithic 반대)

• 장점

  • 다른 하드웨어에 port 하기 쉬움 (커널이 작기 때문에)
  • 더 안전하고 reliable (커널이 작아서 공격 받을 부분도 적기 때문에)

• 단점

  • 성능이 상대적으로 안좋음
    (Monolithic에서는 request&response가 한 번씩만 일어나면 되는데, Microkernel에서는 여러번 일어나기 때문에)