🌐 CS:APP | 운영체제 퀴즈

✅ 커널의 역할에 대해 설명하시오.

커널은 운영체제의 핵심 구성 요소로, CPU, 메모리, 저장장치, 입출력 장치 등 하드웨어 자원을 관리한다.
사용자 프로그램이 시스템 자원을 안전하고 효율적으로 사용할 수 있도록 중재하는 기능을 수행한다.

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✅ 시스템 콜을 설명하시오.

시스템 콜은 사용자 모드의 프로그램이 커널 모드의 자원과 기능을 요청할 수 있도록 해주는 인터페이스이다.
이는 파일 입출력, 프로세스 제어, 메모리 접근 등 주요 작업을 수행하는 수단이다.

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✅ 캐시를 쓰는 이유에 대해 설명하시오.

캐시는 CPU와 메모리 간의 속도 차이를 줄이기 위해 사용되며, 자주 접근하는 데이터를 임시 저장한다.
이는 시간 지역성과 공간 지역성을 활용하여 메모리 접근 지연을 최소화하고 성능을 향상시킨다.

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✅ 프로세스에 대해 설명하시오.

프로세스는 실행 중인 프로그램으로, 고유한 메모리 공간과 실행 상태를 가지는 독립적인 실행 단위이다.
운영체제는 프로세스를 생성, 스케줄링, 종료시키며 자원을 할당하고 보호한다.

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✅ 가상메모리에 대해 설명하시오.

가상메모리는 실제 물리 메모리보다 큰 주소 공간을 제공하여 메모리 활용을 극대화하는 기술이다.
이를 통해 각 프로세스에 독립적인 메모리 공간을 할당하고 보호 기능을 구현할 수 있다.

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✅ 쓰레드에 대해 설명하시오.

쓰레드는 프로세스 내에서 실행되는 최소 실행 단위로, 같은 메모리 공간을 공유하면서 병렬 처리를 가능하게 한다.
멀티쓰레딩은 자원 소모를 줄이면서 응답성과 처리 효율을 향상시킨다.

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✅ 추상화에 대해 설명하시오.

추상화는 시스템의 복잡한 하드웨어 세부사항을 감추고, 공통된 인터페이스로 사용자에게 기능을 제공하는 개념이다.
운영체제는 장치, 메모리, 파일 등을 추상화하여 일관된 자원 접근 방식을 제공한다.

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✅ 문맥 전환에 대해 설명하시오.

문맥 전환은 CPU가 하나의 프로세스에서 다른 프로세스로 실행을 전환할 때 발생하는 작업이다.
이 과정에서 현재 프로세스의 상태를 저장하고, 다음 프로세스의 상태를 복원한다.

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✅ 파일에 대해 설명하시오. (유닉스 철학을 바탕으로)

파일은 모든 것을 추상화하는 기본 단위로, 데이터, 장치, 심지어 입출력까지 모두 파일로 취급된다.
운영체제는 이러한 파일을 통해 사용자와 시스템 자원 간의 일관된 인터페이스를 제공한다.

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✅ 문맥 전환이란 무엇인지, 언제 발생하는지 설명하시오.

문맥 전환은 CPU가 현재 실행 중인 프로세스의 상태를 저장하고, 다른 프로세스의 상태를 불러오는 작업이다.
이는 프로세스 간 전환, 인터럽트, 시스템 콜 발생 시 발생하며 오버헤드를 유발할 수 있다.

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✅ 가상 메모리는 어떤 문제를 해결하기 위해 도입되었는가?

가상 메모리는 응용프로그램이 요구한 전체 메모리를 한 번에 물리 메모리에 할당하지 않고, 실제로 필요한 시점에만 일부를 할당한다.
이로써 물리 메모리가 부족한 상황에서도 여러 프로그램을 동시에 실행할 수 있으며, 메모리 보호와 프로세스 간의 독립성도 보장된다.

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✅ 프로세스 간의 독립성이란?

프로세스 간의 독립성이란, 각 프로세스는 고유한 메모리 공간을 가지며, 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근하거나 침범할 수 없다는 것을 의미한다.
즉, A 프로그램이 사용하는 변수나 코드에 B 프로그램이 접근하거나 변경할 수 없다.
이는 프로그램 간 오류 전파 방지, 보안, 시스템 안정성 유지를 위해 매우 중요하다.

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✅ 왜 가상 메모리와 관련이 있나?

가상 메모리는 각 프로세스마다 독립된 주소 공간(즉, 고유한 가상 주소)을 할당하기 때문에,
물리 메모리는 공유하더라도 논리적으로는 완전히 분리된 메모리처럼 작동한다.

덕분에 여러 프로그램이 동시에 실행되어도 서로 간섭 없이 안전하게 실행될 수 있는 것이다.

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✅ 프로세스와 쓰레드의 차이를 설명하시오.

프로세스는 독립적인 실행 단위로 고유한 메모리 공간을 가지며, 쓰레드는 동일한 프로세스 내에서 실행되는 경량 단위로 메모리를 공유한다.
쓰레드는 문맥 전환 비용이 낮고, 병렬 처리를 위한 효율적인 수단으로 활용된다.

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✅ 시스템 콜과 일반 함수 호출의 차이를 서술하시오.

시스템 콜은 사용자 모드에서 커널 모드로 전환되어 운영체제 기능을 요청하는 호출이며, 일반 함수는 사용자 모드 내에서만 실행된다.
시스템 콜은 모드 전환이 발생하여 오버헤드가 크지만, 자원 접근에 반드시 필요하다.

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✅ 캐시가 시간적·공간적 지역성을 바탕으로 성능을 향상시키는 이유를 설명하시오.

시간적 지역성은 최근 접근한 데이터가 다시 접근될 가능성을, 공간적 지역성은 인접한 데이터가 접근될 가능성을 의미한다.
캐시는 이러한 패턴을 활용하여 자주 또는 근처에서 사용되는 데이터를 저장함으로써 접근 시간을 줄이고 성능을 향상시킨다.

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✅ 운영체제에서 추상화가 필요한 이유를 실제 예와 함께 설명하시오.

운영체제는 복잡한 하드웨어를 숨기고 사용자에게 단순한 인터페이스를 제공하기 위해 추상화를 사용한다.
예를 들어, 프린터나 디스크 장치를 파일처럼 다루는 것은 장치 추상화의 한 사례이다.

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✅ 유닉스 철학에 따라 '모든 것은 파일이다'는 개념이 어떻게 적용되는지 설명하시오.

유닉스에서는 키보드, 화면, 저장장치 같은 모든 자원을 파일처럼 다룬다.
예를 들어 키보드 입력도 파일에서 데이터를 읽는 것처럼 처리되고, 화면 출력도 파일에 쓰는 것처럼 동작한다.

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✅ 캐시 메모리가 시스템 성능에 미치는 영향을 지역성 개념을 바탕으로 설명하시오.

캐시 메모리는 시간적·공간적 지역성을 고려해 자주 접근되는 데이터를 저장함으로써 메모리 접근 지연을 줄인다.
이로 인해 CPU는 느린 메인 메모리에 접근하는 빈도를 줄이고 전체 시스템의 처리 속도를 높일 수 있다.