📃 운영체제

운영체제

• 운영체제는 사용자가 컴퓨터를 사용하기 위해 필요한 소프트 웨어이다.
• 컴퓨터에서 실행되는 모든 프로그램은 운영체제에서 관리하고 제어한다.
• 대표적인 운영체제는 Windows, Linux, Mac, iOS등이 있다.
• 자원을 효율적으로 관리하기 위해 자원의 스케쥴링 기능을 제공한다.
• 프로세서, 기억장치, 입출력장치, 파일 및 정보등의 자원을 관리한다.
• 사용자와 시스템간의 편리한 인터페이스를 제공한다.

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다중 프로그래밍 시스템 (multi-programming system)

• 다중 프로그래밍은 CPU 작업과 입출력 작업을 병행하여 CPU 이용과 처리량을 향상시킬 수 있다.
• 한 번에 여러 개의 프로그램을 동시에 돌려 최대한 CPU를 많이 활용하는 것이다.
• 시스템에 들어오는 모든 작업은 디스크의 작업 풀에 적재된다. 프로세서가 입출력 작업의 종료를 대기할 동안 하나의 프로세서에서 다른 프로그램을 수행할 수 있도록 하는 것이 다중 프로그래밍이다.

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시분할 시스템

• 시분할 시스템은 특정 시간을 정해서 그 시간이 지나면 다음 작업을 실행하는 방식이다.
• 이 시간은 매우 짧기 때문에 사용자와 컴퓨터는 상호 작용할 수 있어 대화형 컴퓨터 시스템이라고 한다.
• 다중 사용자 환경에서 다중 프로그래밍 기반으로 동작하는 시스템이다.
• 여러 사용자가 동시에 컴퓨터를 사용하여 주 기억장치의 용량이 부족할 때 가상 메모리를 사용한다.

  대화형 시스템(interactive system)은 사용자의 입력에 대해서 컴퓨터에서 결과를 바로 출력하는 것이다. 대부분의 운영체제는 대화형 시스템이다.

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커널

• 커널은 운영체제의 핵심 부분으로써 하드웨어와 응용 프로그램 사이에서 인터페이스를 제공하는 역할을 하며 컴퓨터 자원들을 관리하는 역할을 한다.
• 커널은 메모리 관리, 파일 시스템, 프로레스 관리, 디바이스 제어 등의 역할을 수행한다.

커널 모드

• 커널 모드는 운영체제 서비스를 제공받을 수 있는 실행모드이다.
• CPU가 커널 모드로 명령어를 실행하면 자원에 접근하는 명령어를 비롯한 모든 명령어를 실행할 수 있다.

유저 모드

• 유저 모드는 운영체제 서비스를 제공받을 수 없는 실행모드이다.
• 일반적인 응용 프로그램은 사용자 모드로 실행된다.
• CPU는 입출력 명령어와 같이 하드웨어 자원에 접근하는 명령어를 실행할 수 없다.
• 사용자 모드로 실행되는 일반적은 응용 프로그램은 자원에 접근할 수 없다.

시스템 콜

• 사용자 모드로 실행되는 프로그램이 자원에 접근하는 운영체제 서비스를 제공받기 위해서 운영체제에 요청을 보내 커널 모드로 전환되어야 한다. 자원에 접근하기 위한 요청을 시스템 콜이라고 한다.

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인터럽트

• 주변 장치들의 입출력이나 하드웨어 문제, 프로그램에서 예외 등이 발생했을 때 CPU에게 알려주는 방식이다.

• CPU는 IRQ(Interrupt Request) Line을 가지고 있는데 하드웨어 장치나 다른 부분에서 이벤트가 발생할 경우 이벤트를 CPU에 알리기 위해 IRQ Line을 활성화한다.

• 신호를 보내면 CPU는 하던 작업을 멈추고 작업 내용을 Context에 잠깐 저장한 상태로 Interrupt handling을 하게 된다.

폴링

• 폴링이란 CPU가 계속 입출력에 대한 상태를 확인하고 입출력 명령을 만나면 입출력 장치에서 데이터를 가져오는 방식이다.
• 입출력이 처리되는 동안 기다려야 하는데(CPU가 버퍼를 확인) 시간이 오래 걸리며 효율이 떨어진다.

DMA

• 많은 인터럽트는 오버헤드를 초래할 수 있기 때문에 잦은 인터럽트를 방지하기 위해 DMA(Direct Memory Access)를 사용한다.
• DMA Controller를 통해서 CPU와 메모리 간에 데이터를 직접 전송할 수 있다.
• CPU의 개입 없이 데이터를 전송할 수 있어 시스템의 처리량을 향상시킬 수 있다. (CPU가 전송 X)

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동기식 I/O

함수가 2개 있다고 가정하고 하나의 함수가 다른 함수를 호출하고 있는 상황이다.

• 현재 작업의 요청이 전부 완료하여 응답을 리턴한 후에 다음 작업이 가능하다.
• 동기는 처리되는 작업의 요청과 결과가 한 자리에서 일어난다.
• 동기는 호출하는 함수가 호출된 함수의 작업이 완료되었는지를 계속 확인한다. (순차적)

비동기식 I/O

동기식 I/O와 동일한 2개의 함수가 있다고 가정한다.

• 비동기는 호출하는 함수가 호출된 함수의 작업 완료 여부를 확인하지 않는다.
• 호출하는 함수는 함수를 호출할 때, 콜백 함수를 같이 전달하고 작업이 완료되면 콜백 함수가 실행된다.
• 호출된 함수가 수행 결과와 종료를 직접 확인하고 처리한다. (비순차적)