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OS : 운영체제 개요

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    Bora Choi
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👨‍⚖️ 운영체제의 역할

User Interface(편리성)

  • CUI(Charater User Interface)
  • GUI(Graphical User Interface)
  • EUCI(End-User Comfortable Interface)

Resource management(효율성)

  • HW resource(processor, memory, I/O devices, Etc.)
  • SW resource(file,application, message, signal, Etc.)

Process and Thread management

실행의 주체

System managemnet(시스템 보호)

사용자의 불법적인 형태로 시스템을 사용하려할때 그로부터 보호하는 것

🧬 컴퓨터 시스템의 구성

System Call Interface + Kernel ( Resource Management 포함)

  • System Call Interface : 사용자가 필요한 기능을 kernel에 요청할때 OS를 사용해서 요청

🗂️ 운영체제의 구분

1. 동시 사용자 수

  • Single-user system :한 명의 사용자마나 시스템 사용.
  • Multi-user system : 동시에 여러 사용자들이 시스템 사용. Unix, Linux

2. 동시 실행 프로세스 수

  • 단일작업 (Single-tasking system) : 시스템 내에 하나의 작업 (프로세스)만 존재
  • 다중작업 (Multi-tasking system) : 동시에 여러 작업(프로세스)의 수행 가능.

3. 작업 수행 방식(사용자가 느끼는 사용 환경)

순차처리 (No OS,~1940s)

  • 운영체제 개념 존재하지 않음
    • 사용자가 기계어로 직접 프로그램 작성
    • 컴퓨터에 필요한 모든 작업 프로그램에 포함
      • 프로세서에는 명렁어 저장 방법, 계산 대상, 결과 저장 위치와 방법, 출력 시점, 위치 등
  • 실행하는 작업 별 순차 처리
    • 각각의 작업에 대한 준비 시간이 소요

일괄 처리 시스템 Batch processing system (1950s~1960s)

  • 모든 시스템을 중앙(전자 계산소 등)에서 관리 및 운영
  • 사용자의 요청 작업(천공카드 등)을 일정 시간 모아 두었다가 한번에 처리
  • 시스템 지향적(system-oriented)

장점

  • 많은 사용자가 시스템 자원 공유
  • 처리 효율(throughput)향상

단점

  • 생산성(productivity) 저하
    • 같은 유형의 작업들이 모이기를 기다려야 함
  • 긴 응답시간(turnaround time)
    • 약 6시간(작업 제출에서 결과 출력까지의 시간)

시분할 시스템 Time-sharing system (1960s~1970s)

  • 여러 사용자가 자원을 동시에 사용
    • OS가 파일 시스템 및 가상 메모리 관리
  • 사용자 지향적(User-oriented)
    • 대화형(conversational,interactive) 시스템 : 반응이 있다
    • 단말기(CRT terminal) 사용

장점

  • 응답시간(response time) 단축
  • 생상성(productivity) 향상
    • 프로세서 유효시간 감소

단점

  • 통신 비용 증가
    • 통신선 비용, 보안 문제 등
  • 개인 사용자 체감 속도 저하
    • 동시사용자수 🔼 → 시스템부하 🔼 → 느려짐(개인적 관점)

Personal Computing

  • 개인이 시스템 전체 독점
  • CPU 활용률(utilization)이 고려의 대상이 아님
  • OS가 상대적으로 단순함
    • 다양한 사용자 지원 기능 지원

장점

  • 빠른 응답시간

단점

  • 성능(performance)이 낮음

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 고장 정상 동작 가능)
  • 프로세서간 관계 및 역할 관리 필요

분산 처리 시스템 Distribute processing system

  • 네트워크를 기반으로 구축된 병렬처리 시스템(Loosely-coupled system)
    • 물리적인 분산, 통신망 이용한 상호 연결
    • 각각 운영체제 탑재한 다수의 범용시스템으로 구성
    • 사용자는 분산운영체제를 통해 하나의 프로그램, 자원처럼 사용 가능(은폐성, transparency)
    • 각 구성 요소들간의 독립성유지, 공동작업 가능
    • Cluster system, client-server system, P2P 등

장점

  • 자원 공유를 통한 높은 성능
  • 고신뢰성, 높은 확정성

단점

  • 구축 및 관리가 어려움

실시간 시스템 real-time system

  • 작업 처리에 제한 시간(deadline)을 갖는 시스템
    • 제한 시간 내에 서비스를 제공하는 것이 자원 활용 효율보다 중요
  • 작업의 종류
    • Hard real-time task
      • 시간 제약을 지키지 못하는 경우 시스템에 치명적 명향
      • 발전소 제어, 무기제어 등
    • Soft real-time task
      • 동영상 재생 등
    • Non real-time task

🏗️ 운영체제의 구조

운영체제 기본구조

커널(Kernal)

  • OS의 핵심 부분(메모리 상주)
    • 가장 빈번하게 사용되는 기능들 담당 : 시스템 관리 (processor,memory, Etc) 등
  • 핵(necleus),관리자(supervisor) 프로그램, 상주 프로그램(resident program), 제어프로그램(control program) 이라고도 불림.

유틸리티(Utility)

  • 비상주 프로그램 : 필요한 순간 메모리에 올려서 사용한다.
  • UI등 서비스 프로그램

단일 구조

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장점

  • 커널 내 모듈간 직접 통신
    • 효율적 자원 관리 및 사용

단점

  • 커널의 거대화
    • 오류 및 버그, 추가 기능 구현 등 유지보수가 어려움
    • 동일 메모리에 모든 기능이 있어, 한 모듈의 문제가 전체 시스템에 영향 : 악성코드 등

계층 구조

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장점

  • 모듈화 : 기능별로 따로 따로 만들어 놓는것
    • 계층간 검증 및 수정 용의
  • 설계 및 구현의 단순화

단점

  • 단일 구조 대비 성능 저하
    • 원하는 기능 수행을 위해 여러 계층을 거쳐야 함

마이크로 커널 구조

커널의 크기 최소화

  • 필수 기능만 포함
  • 기타기능은 사요자 영역에서 수행

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🗺️ 운영체제의 기능

운영체제의 주요기능은 관리!

  • 프로세스(Process) 관리
  • 프로세서(Processor) 관리
  • 메모리(Memory) 관리
  • 파일(File) 관리
  • 입출력(I/O) 관리
  • 보조기억 장치 및 기타 주변 장치 관리 등

Process Management

프로세스(Process)

  • 커널에 등록된 실행 단위(실행중인 프로그램)
  • 사용자 요청/프로그램의 수행 주체(entity)

OS의 프로세스 관리 기능

  • 생성/삭제, 상태관리
  • 자원 할당
  • 프로세스 간 통신 및 동기화(synchronization)
  • 교착상태(deadlock)해결

프로세스 정보 관리

  • PCB(Process Control Block)

Processor Management

중앙 처리 장치 (CPU)

  • 프로그램을 실행하는 핵심 자원

프로세스 스케줄링(Scheduling)

  • 시스템 내의 프로세스 처리 순서 결정

프로세서 할당 관리

  • 프로세스들에 대한 프로세서 할당
    • 한 번에 하나의 프로세스만 사용가능

Memory Management

주기억 장치

  • 작업을 위한 프로그램 및 데이터를 올려 놓는 공간

Multi-user,Multi-tasking 시스템

  • 프로세스에 대한 메모리 할망 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 기억장치 접근 필요

File Management

파일 논리적 데이터 저장단위

사용자 및 시스템의 파일관리

디렉토리(directory)구조 지원

파일관리 기능

  • 파일 및 디렉토리 생성.삭제
  • 파일 접근 및 조작
  • 파일을 물리적 저장 공간으로 사상(mapping)
  • 백업 등

I/O Management

입출력(I/O)과정

  • OS를 반드시 거쳐야함

기타

  • disk
  • networking
  • security and protection system
  • command interpreter system
  • system call interface
    • 응용 프로그램과 OS사이의 인터페이스
    • OS가 응용프로그램에 제공하는 서비스
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