이번 글은 이화여자대학교 반효경 교수님의 강의와 Abraham Silberschatz의「Operating Syetems Concepts」를 바탕으로 작성했음을 밝힙니다.

1. 운영체제란 무엇인가?

1.1 운영체제의 의미

하드웨어 바로 위에 설치되는 소프트웨어.

하드웨어와 각종 소프트웨어, 사용자를 연결해주는 계층

협의의 운영체제: 커널(Kernel)

• 운영 체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분

광의의 운영체제

• 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념
• 윈도우즈 운영체제를 컴퓨터에 설치하게 되면 커널 뿐만 아니라 여러 부가적인 서비스(별도의 소프트웨어)도 깔림.

1.2 운영체제의 목표

하드웨어하고 어떻게 interact를 해야 하는가

• 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공
  • 동시 사용자/프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 illusion 제공
  • 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행

사용자와 각종 software들과 어떻게 interact 해야 하는가

• 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리 → 자원 관리자
  • 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적인 관리
  • 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록
• 사용자간의 형평성 있는 자원 분배
• 사용자 및 운영체제 자신의 보호
• 프로세스, 파일, 메세지 등을 관리

각각의 주제에 대해서 여러 알고리즘이 있음. 도대체 어떻게 CPU를 할당할 것인가? 누구에게 얼마나? 이런 게 정책적인 문제. 메모리도 마찬가지. 너도 나도 내 프로그램이 메모리에 올라가야 된다고 주장할 텐데, 그 중 어떤 걸 선택해야 하는가?

최우선적인 목표는 한정된 자원 (CPU나 메모리)을 가지고 얼마나 효율적으로 관리할 것인가. 조금 더 생각하면 형평성. 전체 퍼포먼스가 좋아야 하지만, 한 프로그램이 할당을 특히 적게 받으면 안 됨.

하드웨어 자원은 한정되어 있음. 이로 최대한의 성능을 내도록 하는 것이 운영체제의 목적.

1.3 운영체제의 분류

동시 작업 가능 여부

1. 단일 작업(single tasking)
   • 한 번에 하나의 작업만 처리 - 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음
2. 다중 작업(multi task)
   • 동시에 두 개 이상의 작업 처리
   • 현대적인 대부분의 운영체제

지원해주는 사용자의 수

1. 단일 사용자(single user)
2. 다중 사용자(multy user)

컴퓨터 한 대를 여러 사용자가 동시에 접속해서 쓸 수 있는지를 기준으로 분류

처리 방식

1. 일괄 처리(batch processing)
   • 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리
   • 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함
   • 현대의 운영체제에서는 찾아보기 어려움
2. 시분할(time sharing)
   • 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
   • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐
   • 각각의 사용자 입장에서 interactive한 방식
     • 밀리세컨드 단위로 분할하므로, 사용자는 실시간으로 반응한다고 체감
   • 현대 운영체제가 사용하는 방식
3. 실시간(Realtime OS)
   • 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간시스템을 위한 OS
   • 특수한 목적을 가진 시스템(원자로/공장 제어, 반도체 장비 등)에서 이용
   • Hard realtime system / Soft realtime system(유튜브) 으로 나뉨

현재 운영체제는 다중 작업, 다중 사용자, 시분할.

UNIX

• 코드의 대부분을 C 언어로 작성
  • C언어가 UNIX를 만들기 위해 만든 언어
• 높은 이식성
• 최소한의 커널 구조
• 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
• 소스 코드 공개
• 프로그램 개발에 용이
• 다양한 버전
• 대형 컴퓨터(서버)를 위한 운영체제

1.4 운영 체제의 구조

CPU 스케줄링

• 어떤 프로그램한테 CPU를 할당할 것인가
• CPU는 아주 짧은 간격으로 CPU를 줬다 뻇었다 하는 것이 일반적인 스케쥴링
• 이론적으로는 CPU를 가장 짧게 이용하는 프로그램에 먼저 할당하는 것이 최적
• FIFO는 효율적이지 않은 경우가 많음

메모리 관리

• 한정된 메모리를 어떻게 할당할 것인가
• 어떤 프로그램에 메모리를 많이 할당해주고, 어떤 메모리를 쫓아내야 하는가

파일 관리

• 디스크에 파일을 어떻게 보관할 것인가
• 디스크에 들어온 요청들을 어떻게 스케줄링 할 것인가
  • 엘레베이터 스케줄링과 유사함

입출력 관리

• 각기 다른 입출력장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고 받게 할 것인가
• I/O device들은 대부분 속도가 굉장히 느림
• 기본적으로 interupt라는 방식을 이용

프로세스 관리

• 프로세스의 생성과 삭제
• 자원 할당 및 반환
• 프로세스 간 협력