[운영체제] 01. 운영체제 개요

운영체제란 무엇인가?

운영체제(Operating System, OS)란?

• 컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층
• 좁은 의미의 운영체제(커널)
  • 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분
• 넓은 의미의 운영체제
  • 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념
  • ex> file 복사 등 컴퓨터를 관리하는데 필요한 부분들

운영체제의 목적

• 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공
  • 운영 체제는 동시 사용자/ 프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상을 제공
  • 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행
• 컴퓨터 시스템의 **자원을 효율적으로 관리**
  • 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리
    • 사용자간의 형평성 있는 자원 분배 => 기아현상 방지!! 형평성 있게
    • 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록 => 효율성!!
  • 사용자 및 운영체제 자신의 보호
  • 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리
  • 누구한테 자원을 어떻게 줄지/ 프로그램마다 한정된 메모리에 어떻게 분배를 해야할 지실행 중인 프로그램들에 메모리 공간을 적절히 분배
  • 실행 중인 프로그램들에게 짧은 시간씩 CPU를 번갈아 할당

운영체제의 분류

• 동시 작업 가능 여부
  • 단일작업(single tasking)
    • 한 번에 하나의 작업만 처리
    • ex> MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음
    • 과거에 이랬었음
  • 다중 작업(multi tasking)
    • 동시에 두 개 이상의 작업 처리
    • ex> UNIX, MS Windows 등에서는 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령이나 프로그램들을 수행할 수 있음
    • 더 많은 issue 들이 발생할 수 있음
• 사용자의 수
  • 단일 사용자(single user)
  • ex > MS-DOS, MS Windows
  • 다중 사용자(multi user)
    • 사용자별 보안 등 보다 복잡한 문제들을 해결해 주어야 할 수 있음
    ex > UNIX, NT server
• 처리 방식
  • 일괄처리 (batch processing)
    • 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리
    • 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함
    • ex> 초기 Punch Card 처리 시스템 : 작업카드(프로그래밍 한 내용을 구멍 뚫어서 만드는 카드) 적재 -> 작업 종료 후 출력
    • 지금은 잘 사용하지 않음
  • 시분할 (time sharing)
    • 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
    • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐 ex> UNIX
    • interactive한 방식 (상호작용하듯)
    • 우리가 현재 일반적으로 사용하는 방식(범용 컴퓨터)
  • 실시간 (Realtime OS)
    • 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨(Deadline)이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS
    • ex> 원자로/공장제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로보트 제어
    • Deadline을 어기면 치명적인 문제가 발생하는 시스템
    • 실시간 시스템 개념 확장
      • Hard realtime system(경성 실시간 시스템) : deadline 어기면 아주 큰일 ex> 미사일, 원자로
      • Soft realtime system(연성 실시간 시스템) : 큰 일은 아니지만 불편 ex> 동영상

✔참고 (용어 정리)

• Multitasking : 컴퓨터 안에 여러 프로그램을 동시에 돌리는 것
• Multiprogramming : 메모리 측면을 강조 -> 메모리에 여러 프로그램이 올라가 있음
• Time sharing : CPU 측면을 강조 -> CPU가 시간을 분할하여 나누어 쓴다.
• Multiprocess :
• ❗ 구분 : Multiprocessor : 하나의 컴퓨터에 CPU (processor)가 여러 개 붙어 있음을 의미

운영체제의 예

• 유닉스(UNIX)
  • 코드의 대부분을 C언어로 작성 => 사람이 이해하기 편리 -> 유지 보수에 용이
  • 높은 이식성 -> C언어가 여러 환경에서 실행 가능 하기 때문
  • 최소한의 커널 구조
  • 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
  • 소스코드 공개
  • 프로그램 개발에 용이
  • 다양한 버전 존재(System V, FreeBSD, SunOS, Solaris / LInux)
  • 초창기 서버/대형 컴퓨터 등 여러 프로그램 대형사용자의 동시 실행을 위해 만들어짐
• DOS(Disk Operating System)
  • MS사에서 IBM-PC위해 개발
  • 단일 사용자용 운영체제, 메모리 관리 능력의 한계( 주기억장치 : 640 KB)
• MS Windows
  • MS사의 다중 작업용 GUI 기반 운영 체제
  • Plug and Play, 네트워크 환경 강화
  • DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공

운영체제의 구조

• CPU 스케줄링 : 누구한테 CPU를 줄지
• 메모리관리 : 한정된 메모리를 어떻게 쪼개어 쓸지
• 파일 관리 : 디스크에 파일을 어떻게 보관할지
• 입출력 관리 : 각기 다른 입출력 장치와 컴퓨터간에 어떻게 정보를 주고받게 할지
• 프로세스 관리
  • 프로세스의 생성과 삭제
  • 자원 할당 및 반환
  • 프로세스간 협력