[OS] 운영체제(Operating System)란?

 

운영체제란?

💡 운영체제란?

• 컴퓨터 하드웨어를 관리하는 소프트웨어
• 응용 프로그램과 컴퓨터 하드웨어 사이의 인터페이스 역할
• 사용자가 컴퓨터를 편리하게 사용할 수 있도록 환경 제공
• 시스템의 자원과 동작을 관리하는 소프트웨어

출처 : <Operating System Concepts> 9th ed. A. Silberschatz

 

 

 

💡 운영체제와 관련된 기본 용어

• 프로그램(Program)
  : 컴퓨터를 실행시키기 위해 순차적으로 작성된 일련의 명령어 모음
• 프로세스(Process)
  : 실행되고 있는 프로그램의 추상화
• 주소 공간(Address Space)
  : 프로세스가 차지하는 메모리 공간으로 서로의 주소 공간은 침범할 수 없음(Protection Domain)
• 파일(File)
  : 프로세스에서 읽고 쓸 수 있는 persistent storage
• 포트(Port)
  : 컴퓨터 간의 메시지를 주고받는 communication endpoint로 여러 프로세스가 네트워크 안에서 섞이지 않게 해 줌

 

 

 

💡 유저 모드 vs 커널 모드

운영체제는 유저 모드(user mode)와 커널 모드(kernel mode)로 나뉘어서 동작한다. 유저 애플리케이션이 운영체제의 중요한 데이터에 접근해서 변경하지 못하게 하기 위해서 두 가지 모드로 나뉜다. 유저 애플리케이션이 커널 모드에서만 제공되는 명령어를 사용하려면, 유저 모드 프로세스에서 시스템 콜(system call)을 해서 트랩(trap)을 발생시킨다. 이후 커널 모드에서 명령어를 실행한 다음 다시 유저 모드로 실행 값을 반환한다. 

유저 모드	커널 모드
커널 모드에 비해 낮은 권한을 가짐	모든 권한을 가짐
응용 프로그램이 실행됨	운영체제가 실행됨
privilege 명령어 실행 불가능	privilege 명령어 실행 및 레지스터 접근 가능

 

 

✔시스템 콜(System Call)

운영체제의 커널이 제공하는 서비스를 이용하기 위해 응용 프로그램이 커널에 접근하기 위한 인터페이스

 

 

 

💡 컴퓨터 시스템 구조

✔ 멀티 프로세싱(Multi-processing)

• 2개 이상의 프로세서를 가지는 것
• parallel system, multi-core system이라고도 함
• 대칭 멀티프로세싱(Symmetric Multiprocessing, SMP)
  : 두 개 이상의 프로세서가 하나의 메모리를 공유하여 사용하는 구조, 현재 대부분의 멀티 프로세서는 SMP를 사용

출처: https://velog.io/@chy0428/OS-멀티프로그래밍-멀티프로세싱

 

이밖에도 분산 시스템, 클러스터 시스템(공동의 목족을 위해 여러 시스템 네트워크를 통해 작업 수행), 임베디드 시스템(특정 목적을 위한 OS 및 SW가 HW에 탑재된 형태의 시스템, ex 스마트폰), 리얼타임 시스템 등이 있다. 

 

 

 

💡 운영체제 구조

✔ 멀티프로그래밍(Multi-programming)

하나의 작업 진행 중에 I/O 작업 등이 발생하여 CPU가 idle이 되면, 다른 작업을 시작해서 CPU의 효율성을 증가시키는 것이다. 이를 위해서 여러 개의 작업이 메모리에 동시에 올라와야 한다. 즉, 다르게 말하면 메모리에 여러 개의 프로그램을 동시에 올리는 것을 멀티프로그래밍이라고 한다. 

출처: https://www.thecrazyprogrammer.com/2014/12/difference-between-multiprogramming-multitasking-multiprocessing-multithreading.html

 

 

✔ 타임 쉐어링(Time-sharing)

멀티 태스킹(Multi-tasking)이라고도 하며, CPU가 스케줄링을 통해 작업들을 빠르게 switching 하면서 마치 동시에 작업들이 수행되는 것처럼 느껴지게 하는 것이다. 멀티 태스킹 중에 메모리가 부족한 경우, 스와핑(Swapping)을 통해 프로세스를 가상 메모리에 저장할 수 있다. 

출차: https://www.thecrazyprogrammer.com/2014/12/difference-between-multiprogramming-multitasking-multiprocessing-multithreading.html

 

 

 

💡 운영체제의 기능

1. 프로세스 관리

현재 CPU를 점유해야 할 프로세스(또는 스레드)를 결정(스케줄링)하고, 실제로 CPU를 프로세스에 할당한다. 또한 이 프로세스 간 공유 자원 접근(동기화)과 통신(IPC 통신) 등을 관리한다. 

 

2. 저장장치 관리

메인 메모리와 하드디스크 등 메모리를 관리한다.

메인 메모리에서는 프로세스에 할당하는 메모리 영역의 할당과 해제를 담당한다. 또한 각 메모리 영역 간의 침범을 방지하고, 효율성 증대를 위해 가상 메모리 기능을 제공한다. 

하드디스크에는 파일 형식의 데이터가 저장된다. 이런 파일 데이터 관리를 위한 파일 시스템을 운영체제가 관리한다. 

 

3. 네트워킹

TCP/IP 기반 인터넷 연결 등 응용 프로그램은 운영체제에서 지원하는 네트워크 프로토콜을 사용할 수 있다.

 

4. 사용자 관리

하나의 PC를 여러 사람이 사용하는 경우, 각 계정을 관리한다. 보안을 위해 개인 파일에 대해선 다른 사용자가 접근할 수 없도록 한다던지, 파일이나 시스템 자원의 접근 권한을 지정할 수 있도록 지원하는 것이 사용자 관리 기능이다. 

 

5. 디바이스 드라이버

시스템에는 여러 하드웨어가 붙어있다. 운영체제는 이를 인식하고 관리하여 응용 프로그램이 하드웨어를 사용할 수 있게 한다. 이러한 운영체제 안에 하드웨어를 추상화해주는 계층을 디바이스 드라이버라고 한다. 

 

 

 

Reference

• https://github.com/gyoogle/tech-interview-for-developer/blob/master/Computer%20Science/Operating%20System/Operation%20System.md
• https://devowen.com/215
• https://velog.io/@chy0428/OS-%EB%A9%80%ED%8B%B0%ED%94%84%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%98%EB%B0%8D-%EB%A9%80%ED%8B%B0%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8B%B1