1. 운영체제의 역할
1) CPU 스케줄링과 프로세스 관리
- CPU 소유권을 어떤 프로세스에 할당할지
- 프로세스의 생성과 삭제
- 자원 할당 및 반환을 관리
👉 내가 유튜브를 보고, 카톡을 하고, 구글을 하고 이러한 각각의 프로그램을 프로세스라고 한다. 이렇게 멀티 프로세싱을 할때 어떤 프로세스에 CPU 소유권을 줄 것인지 정하는 것.
2) 메모리 관리
- 한정된 메모리(RAM - 16 or 32GB)를 어떤 프로세스에 얼만큼 할당해야 하는지
👉 SSD가 1TB에 모든 프로그램이 들어있다고 할때, 이 프로그램들을 RAM에다가 작동을 시켜야하니 가상 메모리, 스와핑 등의 방법으로 한정된 RAM 메모리에 할당을 해준다.
3) 디스크 파일 관리
- 디스크 파일을 어떠한 방법으로 보관할지 관리
4) I/O 디바이스 관리
- I/O 디바이스들인 마우스, 키보드와 컴퓨터 간에 데이터를 주고받는 것을 관리
2. 운영체제의 구조
👉 GUI, 시스템콜, 커널, 드라이버 부분이 바로 운영체제를 지칭한다. 참고로 GUI가 없고 CUI만 있는 리눅스 서버도 있다.
1) GUI (Graphical User Interface)
- 사용자가 전자장치와 상호 작용할 수 있도록 하는 사용자의 인터페이스의 한 형태
- 단순 명령어 창이 아닌 아이콘을 마우스로 클릭하는 단순한 동작으로 컴퓨터와 상호 작용할 수 있도록 해준다.
2) 드라이버
- 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어 (헤드셋, 프린터기 등을 연결할때 드라이버 설치)
3) CUI
- 그래픽이 아닌 명령어로 처리하는 인터페이스
3. 컴퓨터 구조
1) DMA 컨트롤러
- I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치
- CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어오기 때문에 CPU 부하를 막아주며 CPU의 일을 부담하는 보조 일꾼
- 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지
👉 CPU가 담당하면 DMA는 빠진다.
2) 메모리
- 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어등을 기록하는 장치로, 보통 RAM(Random Access Memory)을 일컬어 메모리라고 한다.
- CPU는 계산을 담당하고, 메모리는 기억을 담당
- 공장에 비유하면, CPU는 일꾼, 메모리는 작업장이며 작업장의 크기가 곧 메모리의 크기이다.
- 작업장이 클수록 창고에서 물건을 많이 가져다놓고 많은 일을 할 수 있듯이 메모리가 크면 클수록 많은 일을 동시에 할 수 있다.
3) 타이머
- 몇 초안에는 작업이 끝나야 한다는 것을 정하고 특정 프로그램에 시간 제한을 다는 역할
- 시간이 많이 걸리는 프로그램이 작동할 때 제한을 걸기 위해 존재 (예. 무한 재귀함수 실행할때)
4) 디바이스 컨트롤러
- 컴퓨터와 연결되어 있는 IO 디바이스들의 작은 CPU를 말한다.
👉 로컬 버퍼는 IO 디바이스들의 작은 메모리를 말한다.
5) CPU 📍제일 중요!📍
👉 운영체제가 커널을 통해서 SDD에 있는 프로그램들을 메모리에 올린다. 메모리에 올리면서 프로그램이 인스턴스화 되면서 프로세스가 된다. 얘네들을 CPU가 처리한다.
📍 CPU(Central Processing Unit)는 산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치를 말하며 인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행하는 일꾼
---> ❓인터럽트 : CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때, 입출력 하드웨어 등의 장치에 예외상황이 발생하여 처리가 필요할 경우에 CPU에게 알려 처리할 수 있도록 하는 것
우선적으로 처리해야할 일이 발생하였을 때 그것을 처리하고 원래 동작으로 돌아옴
(출처 : https://doh-an.tistory.com/31)
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산술논리연산장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)
: 덧셈, 뺄셈 같은 두 숫자의 산술 연산과 배타적 논리합, 논리곱 같은
논리 연산을 계산하는 디지털 회로 -
제어장치(CU, Control Unit)
: 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품 ('CPU의 뇌'라고 생각하자.)
: 입출력장치 간 통신을 제어하고 명령어들을 읽고 해석하며 데이터 처리를 위한 순서를 결정 -
레지스터
: CPU 안에 있는 매우 빠른 임시기억장치
: CPU와 직접 연결되어 있으므로 연산 속도가 메모리보다 수십 배에서 수백 배까지 빠르다.
: CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없기 때문에 레지스터를 거쳐 데이터를 전달
4. CPU의 연산처리
1) 제어장치가 게산 한번 해봐 라고 말하면,
2) 메모리랑 레지스터에 계산할 값을 동시에 로드한다.
--> 정확히 말하면, 메모리에 값이 저장이 되면 레지스터로 전달한다.
(SDD로부터 메모리, 메모리에서 레지스터)
3) 레지스터로 전달된 값을 CPU가 계산하는 데, 산술논리 연산장치가 하는 것이다.
4) 계산을 마쳤으면 결과값을 레지스터에 올리고 이거를 다시 메모리에 올린다.
5) 결과적으로 SDD에 저장이 된다.
5. 인터럽트
1) 의미
- 어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것을 말한다.
- 인터럽트는 오류에 의한 것, 오류가 아닌 것에 의한 것으로 나눌 수 있다.
--> 키보드, 마우스 IO 디바이스로 인한 인터럽트(오류가 아닌 것)
(디바이스를 컴퓨터에 연결할 때 잠시 정지하는 순간이 있을 것이다. 이것이 인터럽트)
--> 0으로 숫자를 나누는 산술 연산(오류)
--> 프로세스 오류(오류) - 인터럽트가 발생되면 인터럽트 핸들러 함수가 모여 있는 인터럽트 벡터로 가서 인터럽트 핸들러 함수가 실행된다.
- 인터럽트 간에는 우선순위가 있고, 우선순위에 따라 실행되며 인터럽트는 하드웨어 인터럽트, 소프트웨어 인터럽트 두 가지로 나뉜다.
👉 프로그램들은 수많은 명령어로 구성되어 있다. 명령어에 의해 실행이 되다가 인터럽트가 작동이 되면, 인터럽트 루틴이 발동되고 인터럽트 명령이 종료되면 다시 명령어가 실행.
2) 하드웨어 인터럽트
- 키보드나 마우스를 연결할 때 IO디바이스에서 발생하는 인터럽트
- 인터럽트 라인이 설계된 이후 순차적인 인터럽트 실행을 중지하고 운영체제에 시스템콜을 요청해서 원하는 디바이스로 향해 디바이스에 있는 작은 로컬 버퍼에 접근하여 일을 수행한다.
3) 소프트웨어 인터럽트
- 트랩(trap)이라고도 한다.
- 프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출할 때 발동한다.
4) 인터럽트 핸들러 함수
- 인터럽트가 발생했을 때 이를 핸들링하기 위한 함수. 커널 내부의 IRQ를 통해 호출되며 request_irq()를 통해 인터럽트 핸들러 함수를 등록할 수 있다.
출처 : 면접을 위한 CS 전공지식 노트 (책 / 인프런 강의)
