🖥️ 오퍼레이팅 시스템 (Operating Systems)

21 Aug 2024 in Study / about CS

이화여대 ‘반효경’교수님의 Operating Systems강의 중, ‘2. Introduction to Operating Systems’강의를 수강하고 학습합니다.

1. 운영체제란?

컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어, 사용자 및 각종 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층입니다.

→ 간단하게, 컴퓨터 시스템 자원을 효율적으로 관리해주는 것 입니다.

2. 운영체제의 목적

운영 체제의 목적은 두 가지로 분류할 수 있습니다.

• 자원 관리: CPU, 메모리, 디스크, 네트워크 등 시스템 자원을 효율적으로 관리하고, 여러 사용자가 자원을 공평하게 사용할 수 있도록 합니다.

• 프로세스 관리: 여러 프로그램(프로세스)이 동시에 실행될 수 있도록 관리하며, 프로세스 간의 충돌을 방지하고, 효율적인 실행을 보장합니다.

• 입출력 관리: 키보드, 마우스, 디스크, 네트워크 장치 등 다양한 입출력 장치와 컴퓨터 간의 데이터를 주고받는 과정을 관리합니다.

• 파일 시스템 관리: 데이터를 저장하고 관리하는 파일 시스템을 제공하며, 데이터의 저장, 검색, 보호, 접근 권한 등을 관리합니다.

3. 운영체제의 분류

처리방식

1. 시분할(Time Sharing)

• 정의: 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용합니다.
• 특징:
  • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가집니다.
  • 정확한 시간을 보장하는 것은 아니며, 여러 사용자가 자원을 효율적으로 관리하고 사용하여 작업을 수행할 수 있도록 합니다.
• 예시: 시분할 시스템에서는 프로그램 여러 개를 동시에 실행할 수 있지만, 자원을 나누어 사용하기 때문에 자원을 많이 소모하는 작업을 동시에 실행하면 성능이 저하될 수 있습니다.

2. 실시간 운영체제 (Realtime OS)

• 정의: 정해진 시간 안에 어떠한 작업이 반드시 완료되도록 보장하는 운영체제입니다.
• 응용 분야:
  • 원자로 제어
  • 공장 제어
  • 미사일 제어
  • 반도체 장비 및 로봇 제어
• 실시간 시스템의 유형:
  • Hard Realtime System: 시간 준수가 매우 중요하며, 데드라인을 어길 수 없습니다.
  • Soft Realtime System: 시간이 중요한 요소이지만, 반드시 데드라인을 지키지 않아도 됩니다.
• 오해와 설명:
  • 시분할과의 차이: 시분할 시스템은 시간을 나누어 여러 작업을 처리하지만, 데드라인 준수는 보장하지 않습니다. 반면, 실시간 운영체제는 데드라인을 엄격히 준수해야 합니다.
  • 예를 들어, 일반적인 컴퓨터에서 영화를 볼 때는 실시간성이 요구되지 않으며, 여러 프로그램이 실행 중이라면 영화가 끊길 수 있습니다. 이는 시분할 시스템의 특성 때문입니다.

3. 일괄 처리 (Batch Processing)

• 정의: 작업 요청을 일정량 모아서 한꺼번에 처리하는 방식입니다.
• 특징:
  • 작업이 완료될 때까지 기다려야 합니다.
  • 주로 초기 컴퓨터 시스템에서 사용되었습니다.
• 예시: 초기 펀치 카드 처리 시스템은 작업을 모아 한 번에 처리하는 일괄 처리 방식의 대표적인 예입니다.

4. 운영 체제의 분류

운영 체제는 동시 작업의 가능 여부, 사용자의 수, 처리 방식에 따라 분류될 수 있습니다.

5. 용어 정리

• 멀티태스킹: 하나의 CPU가 여러 작업을 마치 동시에 실행하는 것처럼 시분할 방식으로 진행하는 것.
• 멀티프로그래밍: 여러 프로그램이 동시에 메모리에 올라가 있는 상태. 메모리 측면을 강조한 용어입니다.
• 타임 쉐어링: CPU 시간을 나누어 사용하는 방식. CPU 사용을 강조한 표현입니다.
• 멀티프로세싱: 여러 개의 CPU를 사용하여 동시에 여러 작업을 처리하는 것.
• 멀티프로세서: 하나의 컴퓨터에 여러 CPU가 있는 상태를 의미합니다.

🛠️ 운영 체제의 예

1. Unix

• 특징:
  • 대형 컴퓨터를 위해 설계된 운영체제입니다.
  • 코드 대부분이 C언어로 작성되었습니다.
  • 소스 코드가 공개되어 있으며, 다양한 버전이 존재합니다.
  • 높은 이식성을 가지고 있어, 다양한 하드웨어에서 실행이 가능합니다.
  • 다양한 유닉스 계열 운영체제: Linux, Solaris, SunOS 등.
• 역사적 중요성: 유닉스는 C언어로 작성되어 있어, 어셈블리어보다 이식성과 유지보수성이 뛰어납니다.

2. DOS (Disk Operating System)

• 특징:
  • MS사에서 1981년 IBM-PC를 위해 개발한 운영체제입니다.
  • 단일 사용자용 운영체제로, 메모리 관리 능력에 한계가 있습니다 (주기억장치: 640KB).

3. MS Windows

• 특징:
  • MS사의 다중 작업용 GUI 기반 운영 체제입니다.
  • Plug and Play, 네트워크 환경 강화 기능을 제공합니다.
  • DOS용 응용 프로그램과의 호환성을 제공합니다.
  • 초기 버전에서는 안정성에 문제가 있었습니다.

🛠️ 운영 체제의 구조

1. CPU 스케줄링

• 정의: CPU 자원을 효율적으로 분배하기 위해 프로세스의 실행 순서를 관리하는 방법입니다.
• 기법:
  • FCFS (First-Come, First-Served): 먼저 온 프로세스를 먼저 처리하는 방식. 그러나 CPU가 긴 작업에 차단되면 비효율적일 수 있습니다.
  • SJF (Shortest Job First): 짧은 작업을 우선적으로 처리하여 효율성을 높이려는 방식입니다.

2. 메모리 관리

• 과거에 많이 사용된 데이터는 메모리에 기록되고, 오랫동안 사용되지 않은 데이터는 쫓아내는 방식으로 관리합니다.

3. I/O Device 관리

• 정의: 각기 다른 입출력 장치와 컴퓨터 간의 정보 전달을 관리하는 방법입니다.
• 기술: 주로 인터럽트를 기반으로 관리합니다.