[운영체제 - 김덕수 교수님] OS

사용자, 응용 프로그램에게 서비스를 제공하는 녀석

• User Interface(편리성)
  • CUI(Character user interface)
  • GUI(Graphical User interface)
  • EUCI(End-User Comfortable Interface)
    • MP3
• Resource management(효율성)
  • HW resource - 프로세서, 메모리, i/o
  • SW resource - file, application, message, signal
• Process and Thread management
  • 실행 주체, 가벼운 실행 단위
• System management(시스템 보호)

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컴퓨터 시스템의 구성

• Kernel(커널)
  • 자원 관리를 하는 OS에서의 핵심 주체
• System Call Interface
  • 커널에 직접 접근하는 것은 사용자나 프로그램이 시스템에 직접 접근하는 것과 마찬가지이므로, 실수의 가능성, 버그, 보안 등의 이유로 매우 위험
  • 직접 접근을 막고 커널에 요청하는 것이 안전한데, 이러한 행위를 시스템 콜 이라고 함.
  • 커널의 기능 중에서 사용자가 사용할 수 있는 기능을 모아놓은 인터페이스

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운영체제의 구분

• 동시 사용자 수
  • Single-user system
  • Multi-user system
• 동시 실행 프로세스 수
  • Single-tasking system
  • Multi-tasking system (Multiprogramming system)
• 작업 수행 방식 (사용자가 느끼는 사용환경)
  • Batch processing system
  • Time-sharing system
  • Distributed processing system
  • Real-time system

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순차 처리(No OS ~ 1940s)

• 운영체제 개념 존재하지 않음
  • 사용자가 기계어로 직접 프로그램 작성
  • 컴퓨터에 필요한 모든 작업 프로그램에 포함
    • 프로세서에는 명령어 저장 방법, 계산 대상, 결과 저장 위치와 방법, 출력 시점, 위치 등
• 실행하는 작업 별 순차 처리
  • 각각의 작업에 대한 준비 시간이 소요
• 만약 각각 다른 언어로 프로그램을 짜는데, 사전 작업이 필요할 것이다.
  • C, Java, Python 별로 다른 세팅을 위한 준비 시간이 필요했다.(가정임)

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Batch system(1950s~1960s)

• 모든 시스템을 중앙에서 관리 및 운영
• 사용자의 요청 작업을 일정 시간 모아 두었다가 한번에 처리
• 시스템 지향적
• 장점
  • 많은 사용자가 시스템 자원 공유
  • 처리 효율(throughput) 향상
• 단점
  • 생산성 저하
    • 같은 유형의 작업들이 모이기를 기다려야 함
  • 긴 응답시간
    • 약 6시간
      • 작업 제출에서 결과 출력까지의 시간

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Time Sharing System(1960s~1970s)

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병렬 처리 시스템(Parallel Processing System)

• 단일 시스템 내에서 둘 이상의 프로세서 사용
  • 동시에 둘 이상의 프로세스 지원
• 메모리 등의 자원 공유(Tightly-coupled system)
• 사용 목적
  • 성능 향상
  • 신뢰성 향상(하나가 고장나도 정상 동작 가능)
• 프로세서간 관계 및 역할 관리 필요

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Distributed Processing Systems

• 네트워크를 기반으로 구축된 병렬처리 시스템(Loosly-coupled system)
  • 물리적인 분산, 통신망 이용한 상호 연결
  • 사용자는 분산 운영체제를 통해 하나의 프로그램, 자원처럼 사용 가능
  • 슈퍼컴퓨터, 클라이언트 서버
• 장점
  • 자원 공유를 통한 높은 성능
  • 고신뢰성, 높은 확정성
• 단점
  • 구축 및 관리가 어려움

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Real-time System

• 작업 처리에 제한 시간(deadline)을 갖는 시스템
  • 제한 시간 내에 서비스를 제공하는 것이 자원 활용 효율 보다 중요
• 작업(task)의 종류
  • Hard real-time task
    • 시간 못지키는 경우 치명적 영향
    • 예) 발전소, 무기 제어 등
  • Soft real-time task
    • 동영상 재생 등
  • Non real-time task

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운영체제의 구조

• 커널(Kernel)
  • OS의 핵심 부분(메모리 상주)
    • 가장 빈번하게 사용되는 기능들 담당
      • 시스템 관리(Processor, memory, Etc) 등
  • 동의어
    • 핵, 관리자 프로그램, 상주 프로그램, 제어 프로그램
• 유틸리티(Utility)
  • 비상주 프로그램
  • UI 등 서비스 프로그램

현대의 컴퓨터는 계층 구조를 따른다.

모듈화: 계층 별로 나누는 것

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운영체제의 기능

• 프로세스(Process) 관리
  • 커널에 등록된 실행 단위(실행 중인 프로그램)
  • 사용자 요청/프로그램의 수행 주체(entity)
  • OS의 프로세스 관리 기능
    • 생성/삭제, 상태관리
    • 자원할당
    • 프로세스간 통신 및 동기화(synchronization)
    • 교착상태(deadlock) 해결
  • 프로세스 정보 관리
    • PCB(Process Controll Block)
• 프로세서 관리
  • 중앙 처리 장치(CPU)
    • 프로그램을 실행하는 핵심 자원
  • 프로세스 스케쥴링
    • 시스템 내의 프로세스 처리 순서 결정
  • 프로세서 할당 관리
    • 프로세스들에 대한 프로세서 할당
      • 한 번에 하나의 프로세스만 사용 가능
• 메모리 관리
  • 주기억장치
    • 작업을 위한 프로그램 및 데이터를 올려 놓는 공간
  • Multi-user, Multi-tasking 시스템
    • 프로세스에 대한 메모리 할당 및 회수
    • 메모리 여유 공간 관리
    • 각 프로세스의 할당 메모리 영역 접근 보호
  • 메모리 할당 방법(scheme)
    • 전체 적재
      • 장점 - 구현 간단 / 단점: 제한적 공간
    • 일부 적재(virtual memory concept)
      • 프로그램 및 데이터의 일부만 적재
      • 장점 - 메모리의 효율적 활용 / 단점: 보조 기억 장치 접근 필요
• 파일 관리
  • 파일 : 논리적 데이터 저장 단위
  • 사용자 및 시스템의 파일 관리
  • 디렉토리 구조 지원
• I/O 관리
  • 입출력 과정
    • OS 를 반드시 거쳐야 함

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