운영체제(Operating System, OS)란 무엇인가?
* 컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치 되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층
1. 협의의 운영체제 (커널)
- 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분 (좁은 의미의 개념)
2. 광의의 운영체제
- 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념
예) 파일복사 시 동작하는 프로그램 -> 항상 메모리에 상주하지 않음
운영체제의 목적
1. 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리
- 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리 (하드웨어 자원)
* 사용자 간의 형평성 있는 자원 분배
* 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록 하는 것
- 사용자 및 운영체제 자신의 보호
- 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리 (소프트웨어 자원)
2. 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공
- 운영체제는 동시 사용자 / 프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상을 제공
- 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행
운영체제의 분류
* 동시 작업 가능 여부
1. 단일작업(Single Tasking)
- 한번에 하나의 작업만 처리
예) MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음
2. 다중작업(Multi Tasking)
- 동시에 두 개 이상의 작업 처리
예) UNIX, MS Windows 등에서는 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령이나 프로그램을 수행할 수 있음
* 사용자 수
1. 단일 사용자(Single User)
예) MS-DOS, MS Windows(지금은 서버도 지원하고 있음)
2. 다중 사용자(Multi User)
예) UNIX, NT server
* 처리방식
1. 일괄처리(Batch Processing)
- 작업 요청의 일정량 모아서 한번에 처리
- 작업이 완전 종료될 때까지 기다림
예) 초기 Punch Card처리 시스템
2. 시분할(Time Sharing)
- 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할 하여 사용함
- 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답시간을 가짐
- interactive한 방식 (사용자 입장에서 이러한 느낌을 받을수 있음 => 입력하면 즉시 반응)
- 각 사용자가 컴퓨터로부터 서비스를 제공받는 시간을 숫자로 표시함
- 정해진 시간이 있는 것은 아님
예) Unix
3. 실시간(Realtime OS)
- 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보상되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS
예) 원자로 / 공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로보트 제어
3-1. 실시간 시스템의 개념 확장
- Hard realtime system(경성 실시간 시스템) * 마감 시간을 맞추지 못하면 엄청난 손해가남 ( 공장 제어, 미사일 제어 등 )
- Soft realtime system(연성 실시간 시스템) * 마감 시간을 맞추지 못하더라도 치명적이지 않음 ( 영화 상영 1분에 60 프레임 )
* 범용적인 운영체제 = 다중 작업 + 다중 사용자 + 시분할 방식
용어 정리
1. Multitasking
- CPU에서는 매 순간은 하나의 작업만 진행됨
- 동시에 진행되는 것처럼 보임
- 하나의 프로그램이 끝나기 전에 다른 프로그램을 실행시킬 수 있음
2. Multiprogramming
- 메모리에 여러 프로그램이 올라가는 방식 (메모리 중점)
3. Time sharing
- 시분할 시스템임을 강조 (CPU 중점)
4. Multiprocess
- 여러 프로그램 동시 실행
* 위 4가지 용어는 유사한 의미를 가짐
5. Multiprocessor
- 하나의 컴퓨터에 CPU가 여러개 붙어 있음을 의미
- CPU가 여러개라는 뜻 (하드웨어)
운영체제의 예
1. 유닉스(Unix)
- 초기에는 어셈블리어로 작성했지만 너무 복잡해져서 언어를 만듬 -> C언어
- 코드의 대부분을 C언어로 작성
- 높은 이식성
- 초창기에는 소스코드를 공개 했음
- 최소한의 커널 구조
- 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
- 프로그램 개발에 용이함
- 다양한 버전 : System V, FreeBSD, SunOS, Solaris, Linux(소스코드 공개됨)
- 멀티 테스킹 지원
- 다중 사용자 지원
* 안드로이드도 커널은 리눅스를 사용함
2. Dos(Disk Operating System)
- MS사에서 1981년 IBM-PC를 위해 개발
- 단일 사용자용 운영체제, 메모리 관리 능력의 한계(주기억 장치 : 640KB)
* 초창기에는 640KB 이상의 메모리가 필요없을 것이라 생각 -> 발전하면서 코드가 복잡해짐
3. MS Windows
- MS사의 다중 작업용 GUI기반 운영체제
- Plug and Play 네트워크 환경 강화
- DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공
- 풍부한 지원 소프트웨어
- 불안정성(초기)
- 단일 사용자(초기)
- 단일 작업 지원(초기)
운영체제의 구조 및 기능
* 운영체제는 FIFO 구조가 아니다. -> 각 하드웨어의 특성에 맞게 효율적으로 관리됨
1. CPU 스케줄링
- 어떤 프로그램에게 CPU를 할당할지 정하는 것
- 초기에는 CPU를 조금 사용하는 프로그램부터 할당하는 방식이었으나 더 효율적으로 변경됨
2. 메모리 관리
- 한정된 메모리를 어떻게 분배할 지 정하는 것
- 과거사용 빈도에 따라 메모리에 계속해서 올려놓을지 Disk로 보낼지 결정하는 방법이 있음
3. 파일 관리 (디스크 스케줄링)
- 디스크에 파일을 어떻게 보관할 지 정하는 것
- 엘레베이터와 비슷한 개념으로 동작함 -> 헤드가 가장 적게 움직이면서 효율적이게 동작
4. I/O Device 입출력 관리
- 각기 다른 입출력 장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고 받게 하는지 정하는 것
- CPU와 I/O장치는 속도가 매우 다르기 때문에 인터럽트 개념을 적용함
5. 프로세스 관리
- 프로세스의 생성과 삭제
- 자원 할당 및 반환
- 프로세스 간 협력
6. 그 외
- 보호 시스템
- 네트워킹
- 명령어 해석기(Command line interpreter)