OS-운영체제

운영체제(Operating System, OS)란?

• 컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층

• 좁은 의미의 운영체제 : 커널
  • 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분
• 넓은 의미의 운영체제
  • 커널을 포함하여 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념

 

운영체제의 목적

• 컴퓨터 시스템의 자원(하드웨어+소프트웨어)을 효율적으로 관리
  • 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리
    • 형평성 : 사용자 간의 형평성 있는 자원 분배
    • 효율성 : 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록 만들어줌
  • 사용자 및 운영체제 자신의 보호
  • 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리
  
• 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
  

 

운영 체제의 분류

1. 동시 작업 가능 여부에 따른 분류
   • 단일 작업(single tasking) : 한 번에 하나의 작업만 처리, 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령 수행 불가
     • ex) MS-DOS
   • 다중 작업(multi tasking) : 동시에 두 개 이상의 작업 처리, 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령이나 프로그램 수행 가능
     • ex) UNIX, MS Windows 등
2. 사용자의 수에 따른 분류
   • 단일 사용자(single user) : 한 번에 한명의 사용자만 시스템 사용 가능, 개인용 장비(PC, Mobile)등에 사용
     • ex) MS-DOS, MS Windows
     • 단, Windows의 경우 서버기능을 추가하면 다중 사용자가 접속이 가능하다.
   • 다중 사용자(multi user) : 동시에 여러 사용자들이 시스템 사용, 서버 또는 클러스터(Cluster) 장비 등에 사용
     • ex) UNIX, NT server
3. 처리 방식에 따른 분류
   • 일괄 처리(batch processing)
     • 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리
     • 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함
     • 현재는 찾아보기 힘듦
     • ex) 초기 Punch Card 처리 시스템
   • 시분할 방식
     • 현대 운영체제의 처리방식, 범용적
     • 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
     • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐
     • Interactive(대화식, 상호적인)한 방식
     
   • 실시간 방식(Realtime OS)
     • 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS
     • 특수한 목적을 가진 운영체제
     • ex) 원자로/공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로봇 제어
     • 실시간 시스템의 개념 확장
       • Hard realtime system(경성 실시간 시스템)
         • deadline을 지키지 못하면 치명적인 문제가 발생함
         • ex) 원자로 제어, 미사일 제어, 반도체 공정 등
       • Soft realtime system(연성 실시간 시스템)
         • deadline을 지키지 못해도 치명적인 문제가 발생하지는 않음
         • ex) 멀티미디어 스트리밍 등

 

운영 체제 관련 용어

• 컴퓨터에서 여러 작업을 동시에 수행하는 것을 뜻하는 용어들

1. 멀티태스킹(Multitasking)
   • 멀티 프로그래밍된 메모리를 대상으로 CPU가 시분할로 여러 프로세스를 빠르게 처리함
2. 멀티프로그래밍(Multiprogramming)
   • 여러 프로그램이 메모리에 올라가 있음을 강조함
3. 시분할(Time sharing)
   • CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓴다는 의미를 강조함
4. 멀티 프로세스(Multiprocess)
   • 하나의 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 병렬적으로 작업을 수행
   • 멀티 프로세서와는 다른 의미를 갖는다.
   • 멀티 프로세서(Muliprocessor) : 하나의 컴퓨터에 CPU가 여러 개 붙어 있음을 의미, 하드웨어 구성 자체가 다름

 

운영 체제의 예

• 유닉스(UNIX)
  • 초창기에는 대형 컴퓨터, 서버를 위해 만들어짐
  • 코드의 대부분을 C언어로 작성
    • 어셈블리어(기계어)로 운영체제를 프로그래밍하는 게 어려워서 C언어를 만들게 됨
  • 높은 이식성
  • 최소한의 커널 구조
  • 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
  • 소스 코드 공개
  • 프로그램 개발에 용이
  • 다양한 버전이 존재
    • System V, FreeBSD, SunOS, Solaris, Linux 등
• DOS(DIsk Operating System)
  • MS사에서 1981년 IBM-PC를 위해 개발됨
  • 단일 사용자용 운영체제, 메모리 관리 능력의 한계(주 기억장치: 640KB)
• MS Windows
  • 개인용 컴퓨터(PC)를 위해 만들어짐
  • MS사의 다중 작업용 GUI 기반 운영 체제
  • Plug and Play, 네트워크 환경 강화
  • DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공
  • 불안정성
  • 풍부한 지원 소프트웨어
• Handheld device를 위한 OS
  • PalmOS, Pocket PC(WinCE), Tiny OS
• Smart device를 위한 OS
  • Apple의 IOS 등

 

운영 체제의 구조

하드웨어 영역

• CPU 영역
  • CPU 스케줄링 : 작업마다 소요시간이 다르기 때문에 어떤 작업에 CPU를 할당할지 결정
  • 소요 시간이 짧은 작업을 먼저 처리하는 게 유리함.
• Memory 영역
  • 메모리 관리 : 한정된 메모리 영역에서 각 프로그램에 메모리를 얼마나 분배할지 관리
  • CPU가 원활히 작업을 수행할 수 있도록 메모리에 할당해주어야 함
  • 메모리가 꽉 차있을 때, CPU에서 사용 가능성이 높은 것을 유지해야 하고, 이 외에 것은 내려놓음.
  • 사용 가능성의 기준은 이전 작업에 사용 여부, 사용 횟수 등을 따지고 선정할 수 있음.
• Disk 영역
  • 파일 관리 : 디스크에 파일을 보관하는 방법(조각내서, 연속적으로 등) 관리
  • 디스크 스케줄링 : 헤드에 가까운 요청이 있다면, 늦게 들어온 요청이라도 먼저 처리해주면 전체적인 성능이 높아짐 (엘리베이터를 생각해볼 것)
• I/O device 영역
  • 입출력 관리 : 각기 다른 입출력 장치와 컴퓨터 간에 정보를 주고받는 방법 관리
  • interrupt를 통해 정보를 알려줌

 

소프트웨어 영역

• 프로세스 관리
  • 프로세스의 생성과 삭제
  • 자원 할당 및 반환
  • 프로세스 간 협력
• 보호 시스템, 네트워킹, 명령어 해석기(Command line interpreter) 등

 

출처

KOCW :  이화여대 반효경 교수님 <운영체제, 2014>