운영체제란 무엇인가?

• 운영체제: 사용자 및 다른 모든 sw, HW를 연결하는 sw 계층
  • 좁은 의미로는 커널 - 운영체제 핵심 부분만(메모리에 상주하는)→ 전공자들이 얘기하는
  • 넓은 범위: 커널 뿐만 아니라 각종 주변 시스템 유틸을 포함한 개념

운영체제 목적 2가지

1. 하드웨어(시스템 자원 - CPU, 프로세서, 기억장치, 입출력 장치등) 효율적으로 관리
   • 효율성: 하드웨어는 이미 주어져있음. 이걸 최대한 성능을 낼 수 있게!
     • CPU: 실행중인 프로그램들에게 짧은 시간씩 CPU를 번갈아 할당시킨다.
   • 사용자 간 형평성 있는 자원 분배: 효율성만 강조하다보면 특정 사용자가 차별받는 상황 발생하니까.
2. 사용자가 컴퓨터 편리하게 사용하게 해주는 게 컴퓨터 역할!
   • 운체: 각 프로그램이 동시에 실행하는 것 같은 환상을 심어준다. + 각 프로그램이 각각의 독자적 컴퓨터에서 실행되는 것 같은 환상 역시.
   • 하지만 이는 운영체제가 관리를 효율적으로 잘했기 때문. 이 자원을 어떻게 효율적으로 다루는지는 운영체제가 대행.
3. 프로세스, 파일, 메시지 등 sw 자원도 관리
4. 사용자로부터 운영체제 자신을 보호(커널 모드 막아서)

운영체제 분류

1. 동시 작업 가능 여부

   • 단일 작업 지원 ⇒ 예전 운영체제. 한 번에 하나의 작업만 처리. 한 명령 수행 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음.
   • 다중 작업 지원 ⇒ 현대 컴퓨터!

2. 사용자의 수 - 몇명의 사용자가 서버에 접근이 가능한가? 동시에 접근 가능한지?

   • 단일 사용자(single user) - MS 윈도우: 아이디는 여러 개 만들지만 로그인 자체는 한 명이.
   • 다중 사용자 - 유닉스

3. 처리 방식

   • 일괄 처리(배치 프로세싱)

     • 작업 요청 일정량 모아서 한꺼번에 처리
     • 작업이 완전 종료될 떄까지 기다려야. ex) 옛날 천공 카드

   • 시분할(time sharing)

     • 현재 컴퓨터가 쓰는 방식. 여러 작업 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용.

     • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간 가짐.

     • 상호작용하는 방식.

     • 각 사용자가 컴퓨터로부터 서비스를 제공받는 시간을 숫자로 표시.

       

   • 실시간(Realtime OS)

     • 정해진 시간 안에 어떤 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 함. 데드라인이 있음.(이게 ROS구나!) 반도체 장비도 여기에 해당.
     • 실시간 시스템 개념 확장
       • Hard ROS(경성 시스템)
       • Soft ROS(연성 시스템)

   • 파이프라인 ⇒ 컴퓨터 아키텍쳐. 반도체 공정을 생각하면 된다. 반도체 하나 만드는데 일주일 걸리지만 매 공정마다 계속 하나씩 들어오니(like 컨베이어벨트) 결과적으로는 매일 한 개씩 반도체가 만들어진다.

   현대 컴퓨터: 다중 작업, 다중 사용자, 시분할

   몇 가지 용어 정리 - 아래 용어는 컴퓨터에서 여러 작업을 동시에 수행하는 것을 뜻하나 조금씩 다름.

   • 멀티태스킹 - 여러 작업을 동시에 수행(하는 것처럼 보임)
   • 멀티 프로그래밍 - 여러 프로그램이 메모리에 올라가 있음을 뜻하는 말. 메모리 측면을 강조하는 말.
   • Time sharing - CPU의 시간을 분할하여 나눠 쓴다는 의미를 강조.
   • *멀티프로세서: 하나의 컴퓨터에 여러 CPU가 붙어있음을 의미. (위의 세 가지랑은 다른 의미)

운영체제 예시

• 유닉스
  • 코드 대부분을 C언어로 작성.
  • 최소한 커널 구조
  • 확장 가능성 굳
• 윈도우
  • GUI 기반.

운영체제 구조

1. CPU
   • 누구한테 CPU를 넘겨줄까? ⇒ CPU 스케쥴링
   • CPU 스케쥴링은 나중에 온 애가 먼저 작업! (사람 사회에서는 먼저 온 사람이 먼저 일을 보는데)
   • ⇒ CPU 스케쥴링은 스택 구조.
   • 이론상으로 CPU를 가장 짧게 쓸 놈한테 먼저 배정하는 게 더 굳.
     • 길게 쓰려는 애한테 먼저 배정해주면 시간 오래 걸리잖아
2. 메모리
   • 메모리 관리: 한정된 메모리를 어떻게 쪼개 쓸까?
   • CPU에 프로그램 실행되려면 메모리에 올라와있어야 하는데, 메모리가 없으면 전체 시스템이 원활하게 실행되지 않음.
   • 워킹 셋 모델: 너무 많은 프로그램이 동시에 실행되려고 하면 몇 프로그램만 메모리에 남기고 나머지는 하드 디스크로 쫓아낸다. 무조건 n분의 1로 나누는 게 아님!
   • 메모리: 크기 한정. 디스크에서 메모리에 올리려면 어떤 애들은 쫓아 내야 함. 어떤 애들을 쫓아내야? 나중에 사용 안할 것 같은 애들. 미래에 예측? ⇒ 과거를 들여다봐서. (캐시) locality!
3. 하드 디스크
   • 디스크에 파일을 어떻게 보관하지? 파일 관리 ⇒ 여기에도 스케쥴링이 필요. (디스크 스케쥴링)
   • 디스크 스케쥴링과 CPU 스케쥴링은 약간 다름. CPU는 너무 빨라서 이걸 어떻게 배정할 것인가고 디스크는 느려서 어떻게 효율적으로 쓸 것인가.
4. 입출력 장치
   • 입출력 관리: 각기 다른 입출력 장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고 받지?