운영체제 구조

운영체제 역할

응용프로그램, 운영체제, 컴퓨터 하드웨어 관계

• 운영체제는 응용프로그램이 요청하는 메모리를 허가하고, 분배한다.
• 운영체제는 응용프로그램이 요청하는 CPU 시간을 제공한다.
• 운영체제는 응용프로그램이 요청하는 IO Devices 사용을 허가/제어한다.

운영체제 구조

• 운영체제는 사용자 인터페이스 제공하기 위해 쉘 프로그램을 제공

  • 쉘(Shell) : 사용자가 운영체제 기능과 서비스를 조작할 수 있도록 인터페이스를 제공하는 프로그램
  • 쉘은 CLI(터미널 환경), GUI환경 두 종류로 분류

• 운영체제는 응용프로그램을 위해서도 인터페이스를 제공
  - API
  - 각 언어별 운영체제 기능 호출 인터페이스 함수(각 언어별 인터페이스)
  - 함수로 제공, ex) open()
  - 보통은 라이브러리 형태로 제공

  • 시스템 콜
    • 운영체제 기능을 호출하는 함수
    • 시스템 콜 또는 시스템 호출 인터페이스
    • 운영체제가 운영체제 각 기능을 사용할 수 있도록 시스템 콜이라는 명령 또는 함수를 제공
    • API 내부에는 시스템콜을 호출하는 형태로 만들어지는 경우가 대부분
  • 응용프로그램이 운영체제 기능을 요청하기 위해서 운영체제는 시스템콜을 제공하나 보통 시스템 콜을 직접 사용하기 보다는 해당 시스템콜을 사용해서 만든 각 언어별 라이브러리(API)를 사용한다.

• 운영체제를 만든다면?

  1. 운영체제를 개발(kernel)
  2. 시스템 콜을 개발
  3. 해당언어 API(library) 개발
  4. Shell 프로그램
  5. 응용프로그램 개발

CPU Protection Rings

• CPU도 권한모드라는 것을 가지고 있다.
  • 사용자 모드(user mode by application)
  • 커널 모드(kernel mode by OS) : 특권 명령어 실행과 원하는 작업 수행을 위한 자원 접근을 가능케 하는 모드
  • 시스템 콜은 커널 모드로 실행
    • 커널모드에서만 실행가능한 기능들이 있음
    • 커널 모드로 실행하려면 반드시 시스템콜을 거쳐야함
    • 시스템 콜은 운영체제 제공
  • 함부로 응용프로그램이 전체 컴퓨터 시스템을 해치지 못함

정리

• 운영체제는 시스템 콜 제공
• 프로그래밍 언어별로 운영체제 기능을 활용하기 위해 시스템 콜을 기반으로 API 제공
• 응용프로그램은 운영체제 기능 필요 시, 해당 API를 사용해서 프로그램을 작성
• 응용프로그램이 실행되서, 운영체제 기능이 필요한 API를 호출하면, 시스템 콜이 호출되고, 커널모드로 변경되어 OS내부에서 해당 명령이 실행되고, 다시 응용프로그램으로 돌아간다.