운영체제

운영체제(Operating System OS)란?

• 컴퓨터와 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트 계층

• 좁은 의미의 운영체제(커널)
  • 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분, 전공에서 말하는 운영체제
• 넓은 의미의 운영체제
  • 커널 뿐만 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념

운영 체제의 목적

컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리

• 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리(하드웨어 자원)
  • 사용자간의 형평성 있는 자원 분배
  • 주어진 자원으로 최대한 성능을 내도록
• 사용자 및 운영체제 자신의 보호
• 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리(소프트웨어 자원)

컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 이는 환경을 제공

• 운영체제는 동시 사용자 / 프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상을 제공.
• 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행

운영체제의 분류

• 동시 작업 가능 여부

  • 단일 작업(single tasking)

    • 한 번에 하나의 작업만 처리

      예) MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음

  • 다중 작업(multi tasking)

    • 동시에 두 개 이상의 작업 처리(현대의 대부분 운영체제)

      예) UNIX, MS Windows 등에서는 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령이나 프로그램을 수행할 수 있음

• 사용자의 수

  • 단일 사용자(single user)
    • MS-DOS,MS Windows
  • 다중 사용자(multi user)
    • UNIX, NT server

• 처리 방식

  • 일괄 처리(batch processing)

    • 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리
    • 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함
    • 초기 Punch Card 처리 시스템(천공카드 출퇴근 기록, ORM카드)

  • 시분할(time sharing)

    • 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용

    • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐(사용자에 따라 자원을 최대한 활용하면서 유동적으로 처리)

      예) UNIX

    • interactive한 방식

    • 각 사용자가 컴퓨터로부터 서비스를 제공받는 시간을 숫자로 표시.

      

  • 실시간(Realtime OS)

    • 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS(특수한 목적을 가진 시스템에서 활용, 정교한 시스템)
    • 예) 원자로 / 공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로보트 제어

  • 실시간 시스템의 개념 확장

    • Hard realtime system (경성 실시간 시스템) => 데드라인이 엄격함(반도체 공정)
    • Soft realtime system (연성 실시간 시스템) => 데드라인이 조금 넉넉한(스트리밍 시스템)

운영체제 용어

• Multitasking
  • 하나의 프로그램이 끝나기 전에 다른 프로그램이 시작 가능
• Multiprogramming
  • 메모리에 여러 프로그램이 동시에 올라가는 방식
• Time sharing
  • 시분할, 시간을 공유해서 사용한다.(CPU 측면)
• Multiprocess
  • 여러 프로세스가 실행된다.
• Multiprocessor (다중 CPU)
  • 하나의 컴퓨터에 CPU가 여러개 붙어 있음을 의미. 위 4개의 의미와 많이 다르다.
  • 이 강의에서는 단일 CPU를 가정하고 가르침.

운영체제의 예시

• 유닉스(UNIX)
  • 코드의 대부분을 C언어로 작성
  • 높은 이식성(하나의 컴퓨터에서 돌아가는 유닉스를 전혀 다른 컴퓨터에 이식하기 쉬움.)
  • 최소한의 커널 구조(운영체제의 기능을 최소화)
  • 복잡한 시스템에 맞게 확장이 용이
  • 서버용 OS
  • 소스 코드 공개
  • 프로그램 개발에 용이
  • 다양한 버전
    • System V, FreeBSD, SunOS, Solaris
    • Linux(개인용 컴퓨터 환경에서 주로 사용, 안드로이드 커널 linux)
• DOS(Disk Operationg System)
  • MS사에서 1981년 IBM-PC를 위해 개발
  • 단일 사용자용 운영체제, 메모리 관리 능력의 한계(주 기억 장치 : 640KB)
• MS Windows
  • MS사의 다중 작업용 GUI 기반 운영 체제
  • Plug and Play, 네트워크 환경 강화
  • DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공
  • 불안정성(빌게이츠도 시연할 때 오류 발생했었음...)
  • 풍부한 지원 소프트웨어
• Handheld device를 위한 OS
  • PalmOS, Pocket PC (WinCE), Tiny OS

운영체제의 구조

• CPU
  • CPU 스케줄링(누구한테 CPU를 줄까??)
• 메모리
  • 메모리 관리 (한정된 메모리를 어떻게 쪼갤까??)
• 디스크
  • 파일 관리(디스크에 파일을 어떻게 보관하지??)
  • 디스크는 헤드가 움직인다. 이동하는 순서를 정해놓고 움직임.
• I/O device
  • 입출력 관리(각기 다른 입출력장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고 받게하지?)
  • 매우 느려서 정보를 주고받는데 다른 방법이 필요하다.
  • I/O장치가 입출력을 요청하면 interrupt를 발생 시켜 처리한다.
• 프로세스 관리
  • 프로세스의 생성과 삭제
  • 자원 할당 및 반환
  • 프로세스 간 협력
• 그 외
  • 보호 시스템
  • 네트워킹
  • 명령어 해석기(command line interpreter)

내가 운영체제라 생각하고, 어떻게 프로그램을 관리해야 할지 생각하는 것이 중요함.

출처

Introduction to Operating Systems를 보고 정리