[OS/반효경 교수님] 1. Introduction to Operation Systems

1. Introduction to Operation Systems

운영체제란?

• 좁은 의미의 정의 : 커널 (운영체제의 핵심)
  • 운영체제 커널: 컴퓨터 부팅 이후로 항상 메모리에 상주하는 부분
• 넓은 의미의 정의 : 커널을 포함한 각종 주변 시스템 유틸리티
  • (window 설치하면 부가 프로그램 같이 설치 - 파일 복사 기능과 같이 커널에 포함되지 않는 것들 포함)
  • 메모리에 상주하지 않는 별도의 프로그램 포함

운영체제의 목적?

1. 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리하기 위해
   • 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리 (CPU, 메모리, I/O Device)
     • 사용자간의 형평성 있는 자원 분배
     • 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록
   • 사용자 및 운영체제 자신의 보호
   • 프로세스, 파일, 메시지등을 관리 (소프트웨어 자원 또한 관리)
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

1. 동시 작업 가능 여부

• 단일 작업 (single tasking)
  • 한 번에 하나의 작업만 처리
  • MS-DOS 프롬포트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음/ 특수 목적의 기기 (엘레베이터, 옛날 폰)
• 다중 작업 (multi tasking)
  • 동시에 두 개 이상의 작업 처리
  • UNIX, MS Windows 등에서는 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령이나 프로그램을 수행할 수 있음
  • (스마트 티비 등)

2. 사용자의 수

• 단일 사용자 (single user)
• 다중 사용자 (multi user)- 각 사용자간 보안, 형평성 관리 필요

3. 처리 방식

• 일괄 처리 (batch processing)
  • 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리
  • 작업의 완전 종료될 때까지 기다려야 함
  • ex) 초기 Punch Card 처리 시스템
• 시분할 (time sharing) ⭐️
  • 현재 사용되는 컴퓨터 자체
  • 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위 (CPU 단위)로 분할하여 사용
  • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐 (UNIX등)
  • 각 사용자 입장에서는 interactive한 방식
  • Dead Line이 존재하지는 않음, 이용자에게 특화됨 → 스마트폰에 DeadLine을 요구로 하는 어플리케이션이 많아지고 있음
• 실시간 (Realtime OS)
  • 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간시스템을 위한 OS
  • 특정한 목적을 가진 OS로, 종료 시간인 Dead Line이 존재
  • ex) 원자로/공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로보트 제어
• 실시간 시스템의 개념 확장
  • Hard realtime system (경성 실시간 시스템)
  • Soft realtime system (연성 실시간 시스템)

몇 가지 용어

• Multitasking : 여러 작업이 동시에 실행되는 것 (일반적인 용어) CPU에서는 매 순간에서는 하나의 작업만 하지만 짧은 시간 간격으로 나누어서 수행하기 때문에 동시에 작업하는 것 처럼 보임
• Multiprogramming : 여러 프로그램이 메모리에 동시에 올라가 있음을 강조
• Time sharing : CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓴다는 의미 강조
• Multiprocess
• Multiprocessor : 하나의 컴퓨터에 CPU(processor)가 여러 개 붙어 있음을 의미 ⭐️

운영체제의 예

• 유닉스
  • 코드 대부분을 C언어로 작성 ( 어셈블리어가 어려워 유닉스 운영체제를 만들기 위해 C언어(고급 언어)가 생성됨 )
  • 높은 이식성 (portablility), 최소한의 커널 구조
  • 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
  • 소스 코드 공개
  • 프로그램 개발에 용이
  • 멀티 태스킹, 멀티 유저 가능
  • 다양한 버전이 있음 - System V, FreeBSD, SunOS, Solaris, Linux
• DOS(Disk Operating System)
  • MS사에서 1981년 IBM-PC를 위해 개발
  • 개인용 PC를 위한 목적
  • 단일 사용자용 운영체제, 메모리 관리 능력의 한계 (주 기억장치 : 640KB)
• MS Windows
  • MS사의 다중 작업용 GUI 기반 운영 체제
  • Plug and Play, 네트워크 환경 강화
  • DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공
  • 불안정성 → 현재는 안정적으로 발전됨..
  • 풍부한 지원 소프트웨어
• Handheld device를 위한 OS
  • PalmOS, Pocket PC 등

현재는 iOS, watchOS 등 다양한 스마트 디바이스를 위한 OS가 발전됨

운영체제의 구조

• 컴퓨터의 자원들 : CPU, Disk, memory, I/O device

1. CPU : 누구한테 CPU를 줄까? (CPU 스케쥴링)
   • 먼저 들어온 작업부터 처리해주는 것보다 자원을 최대한 활용하는 것이 효율적이다
2. 메모리 : 한정된 메모리를 어떻게 쪼개어 쓸까? (메모리 관리)
3. Disk : 디스크에 파일을 어떻게 보관할까? (파일 관리)
   • 헤드가 움직이면 데이터를 읽고 쓴다 (엘레베이터 스케쥴링과 유사)
4. I/O Device : 각기 다른 입출력 장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고 받게 하지 (입출력 관리)
   • I/O 장치 요청시 CPU에 interrupt
5. 프로세스 관리
   • 프로세스 생성과 삭제
   • 자원 할당 및 반환
   • 프로세스 간 협력
6. 그 외
   • 보호 시스템
   • 네트워킹
   • 명령어 해석기 (command line interpreter)

CPU 스케쥴링 ≠ 디스크 스케쥴링 → 헤드의 움직임 최소화.

 

강의 주소

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