운영 체제 챕터 1: 소개
운영체제는 무엇을 하는가?
유저와 컴퓨터 간의 중계 역할을 한다.
1. 편리한 인터페이스를 제공하고
2. 자원을 관리한다.컴퓨터 시스템 구조
하드웨어 - 운영체제 - 응용 프로그램 - 유저
-> 중간 역할을 한다.유저 입장에서의 운영체제가 하는 일
- 자원 활용보다는 성능의 편리함에 초점
- 모바일 기기 - 통신, 입출력의 상호작용
- 임베디드 - UI가 없거나 거의 없음
컴퓨터 입장에서 운영체제가 하는 일
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자원 할당 resource allocator
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프로그램 제어, 원할히 동작하도록 control program
- 운영체제는 종류마다 모두 달라 한마디로 정의하기 어려움
운영 체제 주요 구성 요소
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kernel:* 컴퓨터에서 항상 실행되는 프로그램, 하드웨어와 소프트웨어 사이에서 인터페이스 역할을 하며 운영체제의 다양한 기능 제공
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middle ware: 응용 프로그램 개발자가 운영체제로부터 제공받는 서비스 외의 추가적인 서비스를 제공하는 소프트웨어 프래임워크
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system programs: kerenl이외의, 시스템을 관리하는 프로그램
컴퓨터 시스템 조직
CPU <- system bus -> device controllers
- 각 기기의 device controller를 device driver를 통해 통신한다.
- 각 컨트롤러에는 local buffer와 register가 있음 local buffer: 작업한 결과를 저장하는 중간 다리 register: 드라이버가 명령한 신호를 받는 부분
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local buffer와 main memory가 데이터를 주고 받는다.
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CPU에는 interrupt를 감지하는 센서가 있다.
Interrupt Handling
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interrupt-request line에 신호를 보낸다.
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cpu는 모든 동작마다 interrupt-request line을 확인한다.
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cpu가 interrupt를 감지하면, interrupt를 처리하는 루틴의 주솟값이 저장돼 있는interrupt vector를 통해 interrupt-handler routine으로 건너뛴다(우선 실행한다).
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상태와 P.C 저장 -> interrupt 처리 -> 저장한 곳으로 복원
Interrupt 종류
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Nonmaskable interrupt - 중요한 인터럽트
ex) 전원 공급 장애, 기계 오작동, 메모리 손실 -
Maskable interrupt - 덜 중요한 인터럽트
ex) DMA(Direct memory access)인터럽트, 외부 인터럽트...
이 인터럽트는 우선순위가 높은 작업중이라면 지연될 수 있음
저장장치
RAM(Random access Memory): 휘발성 메인 메모리로 DRAM 과 SRAM이 있음
Bootstrap program: OS를 메인 메모리에 올리기 위한 시스템 , 비휘발성
입출력 구조
- Controller의 buffer에 들어갈 정도의 작은 I/O 입출력(마우스, 키보드 등의 입출력)은 상관 없지만 NVS I/O와 같은 용량이 큰 크기의 I/O 입출력이라면 한번의 interrupt로 처리할 수 없어 비효율적인 작업이 일어나게 된다.
이를 해결하기 위해서 DMA(Direct Memory Access)가 필요하다.
DMA: 빠른 I/O 입출력을 위해 Interrupt없이 buffer의 정보를 메모리에 올리는 것(block 단위), 이때 interrupt는 하나의 block당 일어난다
=> interrupt를 (buffer size)/(block size)만큼 줄임
컴퓨터 시스템 구조
Single-Processor System
- 하나의 cpu를 가진 프로세서를 사용하는 시스템
Multiprocessor System
- Symmetric multiprocessing
- 일반적인 single-processor system을 여러개 가지고 있는 시스템
- 동시에 여러 작업을 처리할 수 있다(병렬적으로)
- 하나에 작업이 쏠리지 않도록 운영체제가 관리 해야한다.
- Multicore System
- 위의 Symmetric Multiprocessing과 다르게 하나의 칩에 여러개의 cpu가 있다.
- 따라서 cpu간의 통신이 빠르다
- 더 적은 전력을 소모한다.
- Non-Uniform Memory Access
- 각 cpu마다 고유 메모리가 있다.
- 확장성이 좋다
- local memory에 대한 접근은 빠르다
- 하지만 remote memory에 대해서는 interconnect에 대한 지연이 있다
- Clustered Systems
- 여러개의 컴퓨터를 연결하여 만든 하나의 공유 저장소이다.
- 이 저장소를 SAN(storage-area network)라고 한다.
- 병렬 처리와 분산 컴퓨팅을 통해 높은 능률을 지닌다.
- 확장성이 좋고 높은 가용성을 지닌다(하나가 다운되도 시스템이 유지)
OS 명령
Multiprogramming
- 여러개의 프로그램을 동시에 실행되도록 하는 것
- cpu가 항상 동작하게 하여 cpu utilization을 높인다.
ex) I/O wait일 때 다른 process를 실행 - OS가 process를 동시에 실행하도록 한다(Not in parallel, concurrently)
Dual-Mode
- OS를 보호하기 위해서 user mode와 kernel mode 두 개로 나눔
- user mode는 kernel 모드에 접근하기 위해 system call을 이용함
