💁‍♂️ 들어가기 앞서

학교 수업시간에 배우는 운영체제를 정리해보고자 한다.
공룡책 교안을 토대로 공부를 진행하며, 중요한 개념에는 상세히 들어갈 예정이다.

Introduction

• What Operating Systems Do
• Computer-System Organization
• Computer-System Architecture
• Operating-System Structure
• Operating-System Operations
• Process Management
• Memory Management
• Storage Management
• Protection and Security
• Kernel Data Structures
• Computing Environments
• Open-Source Operating Systems

이런것들에 대해서 배울 예정이다.

목표

• 컴퓨터 시스템의 기본 구성을 설명할 수 있게
• 운영 체제의 주요 구성 요소에 대한 그랜드 투어 제공
• 다양한 유형의 컴퓨팅 환경에 대한 개요 제공
• 여러 오픈 소스 운영 체제 탐색

위와 같은 목표로 1장을 보자.

🤔 운영체제란 무엇일까?

컴퓨터 사용자와 컴퓨터 하드웨어 사이에서 중개자역할을 하는 프로그램

이런 운영체제의 목표는 무엇일까?

• 사용자 프로그램을 실행하고 사용자 문제를 쉽게 해결하는 것
• 컴퓨터 시스템을 사용하기 편하게 만드는 것
• 컴퓨터 하드웨어를 효율 적으로 사용하는 것

컴퓨터 시스템 구조

컴퓨터 시스템은 4가지 구성 요소로 나눌 수 있다.

1️⃣ 하드웨어

기본 컴퓨팅 리소스 제공
예시) CPU, Memory, I/O devices

2️⃣ 운영체제

다양한 유저와 어플리케션 간의 하드웨어 사용을 제어하고 조정한다

3️⃣ 응용 프로그램

유저의 컴퓨팅 문제를 해결하기 위해 시스템 리소스를 사용하는 방법을 정의한다.
예시) Word processors, compilers, web browsers, database systems, video games

4️⃣ 사용자

사람, 기계, 다른 컴퓨터들..

Four Components of a Computer System

What Operating Systems Do

관점에 따라 다르다!!

• 사용자는 편리함, 사용 용이성을 원한다 그렇기에 리소스 활용에 대해서는 신경쓰지 않는다!
• 그러나 메인프레임이나 미니컴퓨터와 같은 공유 컴퓨터는 모든 사용자를 행복하게 해야 한다..!
• 워크스테이션과 같은 전용 시스템 사용자는 전용 리소스를 가지고 있지만 서버의 공유 리소스를 자주 사용한다
• 핸드헬드 컴퓨터는 리소스가 부족하여 사용 편의성과 배터리 수명에 최적화되어 있다
• 장치 및 자동차에 내장된 컴퓨터와 같이 일부 컴퓨터에는 사용자 인터페이스가 거의 없거나 전혀 없는 경우가 있다..

운영 체제의 정의

자원할당자

• 모든 자원을 관리, 이는 CPU, 메모리, 저장 장치 등을 포함한다.
• 여러 응용 프로그램이 동시에 실행될 수 있도록 자원을 효율적이고 공정하게 할당하기 위해 충돌하는 요청 사이에서 결정을 내린다

정리하자면 자원 할당자로서 모든 자원을 관리하고 효율적이고 공정하게 할당해준다.

제어 프로그램

• 프로그램 실행을 제어하여 컴퓨터에서의 오류 및 부적절한 사용을 방지한다.
• 이를 통해 운영체제는 프로그램이 메모리 내에서 충돌하지 않고, CPU가 다른 프로그램으로 전환하기 전에 작업을 완료할 수 있도록 보장한다.

또한 OS는 사용자가 컴퓨터를 부팅하고 로그인할 때부터 시스템을 제어하며, 하드웨어 및 소프트웨어 요구 사항을 처리하여 사용자가 시스템을 효과적으로 사용할 수 있도록 한다.

• 보편적으로 받아 들여지는 정의는 없다

"운영 체제를 주문할 때 공급업체가 제공하는 모든 것"은 좋은 근사치이다.
하지만.. 종류가 매우 다양하다

"컴퓨터에서 항상 실행되는 하나의 프로그램"이 커널입니다. 다른 모든 것은 시스템 프로그램(운영 체제와 함께 제공됨) 또는 응용 프로그램입니다.

컴퓨터 시작

부트스트랩 프로그램

전원 키거나 재부팅할때 로드됨

• 일반적으로 펌웨어로 알려진 ROM/EPROM에 저장된다.
• 시스템의 모든 측면을 초기화한다.
• 운영 체제 커널을 로드하고 실행을 시작한다.

컴퓨터 시스템 구성

Computer-System Operation

• 하나 이상의 CPU, 장치 컨트롤러는 공유 메모리에 대한 엑세스를 제공하는 common bus를 통해 연결 된다.
• 메모리 주기를 두고 경쟁하는 CPU와 장치의 동시 실행

Computer-System Operation

• I/O 장치와 CPU를 동시에 실행할 수 있음
• 각 장치 컨트롤러는 특정 장치 유형을 담당
• 각 장치 컨트롤러에는 로컬 버퍼가 있음
• CPU가 데이터를 기본 메모리에서 로컬 버퍼로/로 이동
• 디바이스에서 컨트롤러의 로컬 버퍼로 I/O 이동
• 디바이스 컨트롤러가 CPU에 인터럽트를 발생시켜 작업이 완료되었음을 알림

Common Functions of Interrupts

• 인터럽트는 일반적으로 모든 서비스 루틴의 주소를 포함하는 인터럽트 벡터를 통해 제어권을 인터럽트 서비스 루틴으로 전송합니다
• 인터럽트 아키텍처는 인터럽트된 명령의 주소를 저장해야 합니다
• 트랩 또는 예외는 오류 또는 사용자 요청으로 인해 소프트웨어에서 생성된 인터럽트입니다
• 운영 체제가 인터럽트 기반임
• 운영 체제는 레지스터와 프로그램 카운터를 저장하여 CPU의 상태를 유지합니다
• 각 유형의 인터럽트에 대해 어떤 조치를 취해야 하는지 결정하는 별도의 코드 세그먼트

Interrupt Timeline