[Week1]

1. 운영체제란?

운영체제(OS, Operating System)는 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어를 관리하고, 사용자와 컴퓨터 간의 인터페이스 역할을 수행하는 필수적인 시스템 소프트웨어입니다. 사용자가 프로그램을 실행하고, 파일을 관리하고, 하드웨어 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 돕는 핵심 역할을 합니다.

운영체제의 주요 역할

• 프로세스 관리: 여러 프로그램을 동시에 실행하고 CPU를 적절히 분배합니다.

• 메모리 관리: 프로그램 실행 시 메모리 할당과 회수를 관리하여 효율적인 메모리 사용을 지원합니다.

• 파일 시스템 관리: 데이터를 저장하고 접근할 수 있는 구조를 제공합니다.

• 장치 관리: 입출력 장치와의 통신을 담당하여 사용자가 하드웨어를 쉽게 사용할 수 있도록 합니다.

• 보안 및 권한 관리: 사용자 인증, 데이터 보호, 접근 권한 등을 제어하여 시스템의 안정성과 보안을 보장합니다.

2. 운영체제의 종류

2.1 구조에 따른 분류

• 단일 작업 운영체제: 한 번에 하나의 작업만 수행하는 운영체제 (예: DOS)

• 다중 작업 운영체제: 여러 작업을 동시에 수행할 수 있는 운영체제 (예: Windows, Linux, MacOS)

2.2 사용자 수에 따른 분류

• 단일 사용자 운영체제: 한 명의 사용자만 사용할 수 있는 운영체제 (예: Windows)

• 다중 사용자 운영체제: 여러 사용자가 동시에 사용할 수 있는 운영체제 (예: Unix, Linux)

2.3 동작 방식에 따른 분류

• 일괄 처리 시스템 (Batch Processing): 여러 작업을 모아서 순차적으로 처리하는 방식

• 시분할 시스템 (Time Sharing): CPU 시간을 여러 작업에 나누어 제공하여 동시에 실행되는 것처럼 보이게 하는 방식

• 실시간 운영체제 (Real-Time OS): 엄격한 시간 제약 내에 작업을 처리해야 하는 시스템 (예: 항공기 제어, 의료 장비)

• 하드 실시간 (Hard Real-Time): 시간 초과 시 시스템 장애 발생

• 소프트 실시간 (Soft Real-Time): 약간의 시간 초과는 허용하지만 성능 저하 발생

3. 운영체제의 핵심 구성 요소

3.1 커널 (Kernel)

운영체제의 핵심 부분으로, 하드웨어와 소프트웨어 간의 중개 역할을 수행하며, 항상 메모리에 상주합니다.

커널의 주요 기능

• 프로세스 관리: CPU 스케줄링, 프로세스 생성 및 종료 관리

• 메모리 관리: RAM 할당, 가상 메모리 관리

• 파일 시스템 관리: 파일 읽기/쓰기, 디렉터리 관리

• 장치 제어: 하드웨어 장치 드라이버 관리

4. 운영체제의 메모리 관리 기법

4.1 메모리 할당 방식

• 연속 할당 (Contiguous Allocation): 프로그램을 메모리의 연속된 공간에 할당

• 비연속 할당 (Non-Contiguous Allocation): 프로그램을 여러 곳에 나눠서 할당 (페이징, 세그멘테이션 기법 활용)

4.2 가상 메모리 (Virtual Memory)

실제 메모리 크기보다 더 큰 공간을 사용하는 것처럼 동작하도록 하는 기법입니다.

• 페이징 (Paging): 메모리를 고정된 크기의 페이지로 나누어 관리

• 세그멘테이션 (Segmentation): 프로그램을 논리적인 단위(코드, 데이터, 스택)로 나누어 관리

5. 프로세스와 스레드

5.1 프로세스

실행 중인 프로그램의 단위로, 각 프로세스는 독립된 메모리 공간을 가집니다.

5.2 스레드

프로세스 내의 실행 단위로, 같은 메모리 공간을 공유하여 빠르고 가볍게 동작할 수 있습니다.

• 싱글 스레드: 한 프로세스당 하나의 작업 수행

• 멀티 스레드: 한 프로세스 안에 여러 작업 수행 (예: 웹 브라우저에서 동시에 페이지 로드와 동영상 재생)

마무리

운영체제는 컴퓨터 시스템을 관리하고 사용자와 하드웨어 사이의 원활한 상호작용을 가능하게 하는 중요한 역할을 합니다. 이번 글에서는 운영체제에 대해 다루어 보았습니다.