[운영체제] 01 Introduction to Operating Systems

gramm·2021년 1월 20일

운영체제

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내용 출처

KOCW 반효경 교수님 <운영체제> 강의
책 <운영체제와 정보기술의 원리>

반효경 교수님의 <운영체제> 강의 내용을 기반으로 정리했으며,

교수님의 저서 <운영체제와 정보기술의 원리>에서 추가할 만한 내용을 이와 같은 인용문 형식으로 추가함.

근대적 컴퓨터의 역사

제 1세대 컴퓨터 (1940년대 후반~)

진공관 기반 컴퓨터

제 2세대 컴퓨터 (1950년대 후반~)

트랜지스터 기반 컴퓨터

제 3세대 컴퓨터 (1960년대 후반~)

집적회로(IC) 기반 컴퓨터

집적회로 : 수백 ~ 수천 개의 트랜지스터를 단 한 개의 작은 실리콘 칩에 통합회로로 묶는 기술

제 4세대 컴퓨터 (1970년대 중반~)

고밀도 집적회로(LSI) 및 초고밀도 집적회로(VLSI) 기반 마이크로컴퓨터

마이크로프로세서의 보급은 개인용 컴퓨터 혁명을 야기함

현대의 컴퓨터

범용 컴퓨터

임의의 목적으로 사용될 수 있는 컴퓨터

규모에 따라 슈퍼컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 워크스테이션, 개인용 컴퓨터 등으로 나누어짐.

임베디드 컴퓨터

특수한 목적을 위해 각종 장치의 제어용으로 내장되는 컴퓨터

클라우딩 컴퓨팅

고성능 컴퓨터를 원격으로 사용하고 사용료를 지불하는 방식

각 사용자는 자신만의 독자적인 컴퓨터가 존재한다고 인식한다. 이렇게 사용자가 느끼는 독자적인 컴퓨터를 가상머신(virtual machine), 이를 지원해주는 기술을 가상화(virtualization) 기술이라고 한다.

운영체제(Operating System)란?

사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층

협의의 운영체제 = 커널(kernel)
운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분
광의의 운영체제
커널을 포함하여, 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념

운영 체제의 목적

1) 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리 (효율성 + 형평성)

하드웨어 자원 : 프로세서, 기억장치, 입출력 장치
소프트웨어 자원 : 프로세스, 파일, 메시지

그래서 운영체제를 자원관리자(resource manager)라고 부르기도 함.

2) 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경 제공

운영 체제의 분류

1) 동시 작업 가능 여부

단일 작업(single tasking)
ex. MS-DOS
다중 작업(multi tasking)
ex. UNIX, MS Windows

2) 사용자의 수 (여러 계정의 동시 접속 가능 여부)

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

3) 처리 방식

일괄 처리(batch processing)
작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리
작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함.
시분할(time sharing)
여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐 (ex. UNIX)

대화형 시스템(interactive system) : 사용자의 요청에 대한 결과를 곧바로 얻을 수 있는 시스템
실시간(Realtime OS)
정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되는 시스템
- Hard realtime systems (경성 실시간 시스템)
  
  Deadline이 매우 중요한 경우 (원자로/공장 제어, 미사일 제어)
- Soft realtime systems (연성 실시간 시스템)
  
  Deadline이 있지만 중요성은 덜한 경우 (영화 스트리밍, 내비게이션)

우리가 배우는 운영체제는 다중 작업 / 다중 사용자 / 시분할 방식이다!

운영체제의 예

1) UNIX 계열

코드를 대부분 C언어로 작성
(C언어 자체가 UNIX 프로그래밍을 위해 만들어짐)

2) WINDOWS 계열

개인용 컴퓨터를 위해 만들어진 운영체제

MS 윈도우의 특징 = 플러그 앤 플레이(plug and play)

시스템에 새로운 하드웨어를 장착하면 운영체제가 자동으로 하드웨어를 감지하여 그에 맞게 설정된다.

운영체제의 구조

CPU 스케줄링 : 누구한테 CPU를 줄 것인가 (5단원 내용)

① 선입선출 기법
먼저 온 것을 먼저 처리해주는 방식 (비효율적)

② 라운드 로빈 기법
CPU를 한 번 할당받아 사용할 수 있는 시간을 일정하게 고정된 시간으로 제한하는 방식

③ 우선순위 스케줄링
CPU 사용 대기 중인 프로세스들에 우선순위를 부여하고, 그에 따라 CPU를 할당하는 방식

메모리 관리 : 한정된 메모리를 어떻게 나누어 쓸 것인가 (8, 9단원 내용)

① 고정분할 방식
물리적 메모리를 몇 개의 분할로 미리 나누어 관리하는 방식
분할이 고정적이므로, 분할의 크기보다 작은 프로그램이 적재되는 경우 남는 공간이 발생한다. 이를 내부조각이라고 한다.

② 가변분할 방식
매 시점 프로그램의 크기에 맞게 메모리를 분할해서 사용하는 방식
내부조각은 발생하지 않는다.
대신 프로그램에 할당되지는 않았지만 그 크기가 작아 프로그램을 올리지 못하는 메모리 영역인 외부조각이 발생할 수 있다.

③ 가상메모리 기법
가상메모리를 활용하는 방식
물리적 메모리보다 더 큰 프로그램이 실행되는 것을 지원한다.

파일 관리(디스크 스케줄링) : 디스크에 파일을 어떻게 보관할 것인가
(디스크는 헤드를 움직이며 읽고 쓰는데, 헤드의 이동 거리를 어떻게 최소화할 것인가의 문제)
입출력 관리 : 입출력 장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고 받게 할 것인가 (인터럽트(interrupt)에 기반)
그 외 : 프로세스 관리, 보호 시스템, 네트워킹, 명령어 해석기 등