[운영체제] 1. Introduction to Operating Systems

운영체제(Operating System, OS)

컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층

- 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리(자원 관리자) : 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 / 형평성 관리

• 좁은 의미의 운영체제(커널) : 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분
• 넓은 의미의 운영체제 : 커널 뿐만 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함하는 개념

 

운영체제의 목적

1) 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리

• 자원: CPU, 메모리, 각종 입출력 장치(하드웨어 자원) & 프로세스, 파일 메시지(소프트웨어 자원)
• 주어진 하드웨어 자원으로 최대한의 성능을 내는 것이 목적 → 효율적이고 형평성을 고려한 자원 분배
• 사용자 및 운영체제 자신의 보호

 

2) 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경 제공

• 여러 프로그램이 하나의 컴퓨터에서 실행될 때, 자신의 프로그램만이 실행되는 느낌을 주는 것이 운영체제의 목적
• 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행

 

운영체제의 분류

1. 동시 작업 가능 여부

1) 단일 작업(Single tasking) : 한 번에 하나의 작업만 처리  (MS-DOS)

2) ✅다중 작업(Multi tasking) : 동시에 두 개 이상의 작업 처리 (현대의 대다수 프로그램, UNIX, MS Windows)

 

2. 사용자의 수

여러 사용자의 계정을 만들어 동시 접속을 할 수 있는가?

1) 단일 사용자(single user) : MS-DOS, MS Windows

2) ✅다중 사용자(multi user) : UNIX, NT Server

 

3. 처리 방식

1) 일괄 처리(batch processing)

- 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리

- 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함 - 오류 확인 시간이 많이 걸림

- not interactive

 

2) ✅시분할(time sharing) - 현대에 자주 쓰임 

- 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용

- 일괄 처리에 비해 짧은 응답 시간

- interactive한 방식

- 주어진 자원을 최대한 활용하는 것이 목적이기 때문에 시간의 제약 조건을 만족하지는 않음(범용 소프트웨어용)

ex) 0.0001초 안에 응답해야 함

 

3) 실시간(Realtime OS)

- 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS(특수한 목적을 가진 시스템)

ex) 미사일 제어, 원자로/공장 제어

- Hard realtime system(경성) : deadline을 무조건 지켜야 하는 경우(미사일)

- Soft realtime system(연성) : deadline을 지키지 않아도 괜찮은 경우(실시간 스트리밍)

 

용어 설명

컴퓨터에서 여러 작업을 동시에 수행하는 것

- Multitasking : 하나의 프로그램이 끝나기 전에 다른 프로그램을 실행할 수 있다.

- Multiprogramming : 여러 프로램이 메모리에 동시에 올라갈 수 있다. (메모리 위주)

- Time Sharing : CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓴다 (CPU 위주)

- Multiprocess : 여러 프로그램이 동시에 실행된다.

 

- Multiprocessor : CPU(processor)가 여러 개 있는 컴퓨터

 

운영체제의 예

유닉스(UNIX)

- 대형 컴퓨터를 위해 제작 -> Multitasking & 다중 사용자

- 코드의 대부분을 어셈블리어가 아닌 C언어로 작성 -> 높은 이식성을 가지며, 특정 기계어에 국한되지 않는다

- 최소한의 커널 구조를 사용하여 커널의 크기가 작다 -> 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이

- 소스 코드가 공개되어 프로그램 개발에 용이

- 다양한 버전 : Linux 등

DOS(Disk Operating System)

- 단일 사용자를 위해 제작한 단일 사용자용 운영체제

- 메모리 관리 능력의 한계(주 기억 장치 640KB)

MS Windows

- MS사의 다중 작업용 GUI 기반 운영 체제

- Plug and Play, 네트워크 환경 강화

- DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공

- (초기) 불안정성

- 사용자가 많기 때문에 지원 소프트웨어가 풍부하다

 

그 외

- Handheld device를 위한 OS : PalmOS, Pocket PC, Tiny OS

 

운영체제 구조

하드웨어

- [CPU] CPU 스케줄링 : CPU를 어떤 프로그램에게 할당할 것인가

- [메모리] 메모리 관리 : 한정된 메모리를 프로그램에 어떻게, 얼마나 할당할 것인가

- [디스크] 파일 관리 : 디스크에 파일을 어떤 식으로 보관할 것인가

- [I/O device] 입출력 관리 : CPU보다 I/O 디바이스의 속도가 훨씬 느리기 때문에 입출력 장치와 컴퓨터 간에 어떤 식으로 정보를 주고받을 것인가

소프트웨어

- 프로세스의 생성과 삭제

- 자원 할당 및 반환

- 프로세스 간 협력

그 외

- 보호 시스템

- 네트워킹

- 명령어 해석기(command line interpreter)