1강. Introduction to Operating Systems

운영체제 (Operating Systems, OS)

 

담당 교수 : 반효경, 이화여자대학교

 

참고 교재

• A.Silberschatz et al., Operating System Concepts, Seventh Edition, John Wiley & Sons, Inc. 2004. (또는 동저자의 Operating System Principles, Seventh Edition, Wiley Asia Student Edition)

 

강의목표

• 운영체제는 컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되는 소프트웨어 계층으로서 모든 컴퓨터 시스템의 필수적인 부분이다.
• 본 강좌에서는 이와 같은 운영체제의 개념과 역할, 운영체제를 구성하는 각 요소 및 그 알고리즘의 핵심적인 부분에 대해 기초부터 학습한다.

 

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운영체제란 무엇인가?

 

운영체제란?

 

• 컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층
• 협의의 운영체제 (커널)
  • 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분
• 광의의 운영체제
  • 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념

 

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운영체제의 목적

 

1 . 하드웨어와는 어떻게 interact 할 것인가?
2 . 소프트웨어 및 사용자와는 어떻게 interact 할 것인가?

 

1번 관점

 

컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리하기 위함!

 

 

1. 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리 (하드웨어 자원)

• 단순히 100개의 요청에 대해 평등하게 자원을 분배하는 것은 절대 효율적이지 않다.
• 사용자간의 형평성 있는 자원 분배
• 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록

 

2. 사용자 및 운영체제 자신의 보호

 

 

3. 프로세스, 파일, 메세지 등을 관리 (소프트웨어 자원)

 

여러 프로그램을 구동할 때, 실행중인 프로그램들에게 짧은 시간씩 CPU를 번갈아 할당하고, 메모리 공간을 적절히 분배한다.

추후 스케줄링에서 다룰 것이다

 

 

2번 관점

 

컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공하기 위함!

 

 

1. 운영체제는 동시 사용자/ 프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상을 제공

 

 

2. 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행

 

 

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운영 체제의 분류

 

 

1. 동시 작업 가능 여부

 

• 단일 작업(single tasking)
  • 한 번에 하나의 작업만 처리
  • MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음

 

• 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

 

 

2. 사용자의 수

 

• 단일 사용자(single user)
  • MS-DOS, MS Windows

 

• 다중 사용자(multi user)
  • UNIX, NT server

 

 

3. 처리 방식

 

• 일괄 처리(batch processing)
  • 작업 요청의 일정량 모아서 한꺼번에 처리
  • 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함
  • 예시 ) 초기 Punch Card 처리 시스템
• 시분할(time sharing)
  • 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
  • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐
    • 예시 ) UNIX
  • interactive한 방식
• 실시간(Realtime OS)
  • 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS
    • 예시 ) 원자로/공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로보트 제어
  • 실시간 시스템의 개념 확장
    • Hard realtime system (경성 실시간 시스템) - 위의 예시들
    • Soft realtime system (연성 실시간 시스템) - 영상 스트리밍, 네비게이션

 

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용어 정리

 

• Multitasking : 많은 task가 동시에 수행되는 것으로 보이지만, 실제로 CPU는 매 순간 하나의 task만 처리하고 있으며 그것을 짧은 시간의 주기로 분할하여 할당한다.

 

• Multiprogramming : 여러 프로그램이 메모리에 올라가 있음을 강조

 

• Time Sharing : CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓴다는 의미를 강조

 

• Multiprocess : 여러 프로세스가 동시에 수행된다.

 

위의 단어들은 다 비슷한 의미를 지닌다

 

• Multiprocessor : 하나의 컴퓨터에 CPU (processor)가 여러 개 붙어 있음을 의미

 

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운영 체제의 예

 

• 유닉스 (UNIX)
  • 코드의 대부분을 C언어로 작성
  • 높은 이식성
  • 최소한의 커널 구조
  • 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
  • 소스 코드 공개
  • 프로그램 개발에 용이
  • 다양한 버전
    • System V, FreeBSD, SunOS, Solaris
    • Linux

 

• DOS (Disk Operating System)
  • MS사에서 1981년 IBM-PC를 위해 개발
  • 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
  • 풀부한 지원 소프트웨어

 

• Handheld device를 위한 OS
  • PalmOS, Pocket PC (WinCE), Tiny OS

 

 

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운영 체제의 구조

 

• CPU : 누구한테 CPU를 줄까? ⇒ CPU 스케줄링
• MEMORY : 한정된 메모리를 어떻게 쪼개어 쓰지? ⇒ 메모리 관리
• DISK : 디스크에 파일을 어떻게 보관하지? ⇒ 파일 관리
• I/O DEVICE : 각기 다른 입출력장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고 받게 하지? ⇒ 입출력 관리
• 프로세스 관리
  • 프로세스의 생성과 삭제
  • 자원 할당 및 반환
  • 프로세스 간 협력
• 그 외
  • 보호 시스템
  • 네트워킹
  • 명령어 해석기 (command line interpreter)

 

 

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PS. 이 포스팅은 KOCW 반효경 교수님의 운영 체제 강의를 기반으로 작성했습니다.