학습 개요
- 운영 체제는 컴퓨터를 사용하기 위해 반드시 필요한 소프트웨어 중 하나임
- 컴퓨터가 사용자에게 제공하는 서비스가 다양해지고 편리해지는 만큼 사용자를 위해 컴퓨터 내에서 이루어져야 하는 자원의 관리나 활용이 효율적으로 동작해야 하는데, 운영 체제는 그 근간을 이루는 핵심적인 시스템 소프트웨어임
- 운영 체제에 대한 전반적인 개요에 대해 알아봄
- 운영 체제의 정의와 역할을 살펴본 후, 운영 체제를 구성하는 기본적 요소인 프로세스 관리자, 메모리 관리자, 장치 관리자, 파일 관리자의 역할에 대해 개략적으로 학습함
- 운영 체제의 유형에 대해 살펴봄
학습 목표
- 운영 체제의 개념과 역할을 설명할 수 있음
- 운영 체제의 구성을 설명할 수 있음
- 운영 체제의 유형을 설명할 수 있음
강의록
운영 체제란
컴퓨터
- 하드웨어
CPU, 메모리, 저장 장치, 입출력 장치, 네트워크 장치 등
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- 소프트웨어
웹 브라우저, viewer, ppt 등 문서프로그램, 컴파일러 등
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컴퓨터 시스템의 구성
- 응용 소프트웨어
- 사용자가 직접 다루는 소프트웨어
- 시스템 소프트웨어
- 하드웨어와 응용 소프트웨어 사이의 매개체 역할을 하는 소프트웨어
- 운영 체제, 컴파일러 등
- 하드웨어 관리
- 운영 체제
- 대표적인 시스템 소프트웨어
- 컴퓨터 시스템의 자원을 관리하고 컴퓨터 프로그램이 동작하기 위한 서비스를 제공하는 프로그램들의 모음
운영 체제의 역할
- 컴퓨터 시스템의 자원 관리
- 자원
- 하드웨어 자원
- 소프트웨어 자원
- 데이터
- ex)
- 저장장치에서 데이터 읽어오기
- 키보드나 마우스 제어
- 프로그램 동시 실행 시 CPU와 메모리를 효율적으로 관리
- 컴퓨터 시스템을 효율적으로 운영하는 목적
- 자원
- 사용자 지원
- 사용자가 내린 명령을 해석하여 실행하게 함
- 사용자와 하드웨어 사이의 매개체 역할
- 사용자에게 편의성을 제공하는 목적
컴퓨터 시스템과 운영 체제
운영 체제가 없던 초기의 컴퓨터 시스템
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- 응용 프로그램이 직접 컴퓨터 시스템의 자원 제어
- 응용 프로그램 개발자는 하드웨어 제어 방법을 잘 알아야 함
- 여러 사용자가 하드웨어를 공유하는 경우 자원 분할 어려움
- 응용 프로그램이 직접 컴퓨터 시스템의 자원 제어
운영 체제가 있는 컴퓨터 시스템
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- 하드웨어와 응용 프로그램 사이에 운영 체제 위치
- 운영 체제가 컴퓨터 시스템의 자원 제어
- 컴퓨터 시스템이 안정적이고 효율적으로 동작하도록 함
커널 모드와 사용자 모드
커널 모드(슈퍼바이저 모드)
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- 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU 명령어를 사용할 수 있는 모드
- 운영 체제의 커널이 동작함
사용자 모드(보호 모드)
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- 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU 명령어를 사용할 수 없는 모드
- 응용 프로그램이 동작함
시스템 호출
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- 응용프로그램이 하드웨어에 대한 제어가 필요한 경우 이용
- 운영 체제의 서비스를 요청하는 메커니즘
- 커널모드와 사용자 모드가 변화되면서 일을 처리
커널
- 커널(kernel)
- 커널 모드에서 동작하는 운영 체제의 핵심 요소
- 응용 프로그램과 하드웨어 수준의 처리 사이의 가교 역할
- 구성 방식
- 일체형 커널, 마이크로 커널
- 일체형 커널(monolithic kernel)
- 운영 체제의 모든 서비스가 커널 내에 포함됨
- 커널 = 운영 체제
- 장점
- 커널 내부 요소들이 서로 효율적으로 상호작용을 함
- 단점
- 한 요소라도 오류가 발생하면 시스템 전체에 장애 발생 가능
- ex) UNIX, Linux
- 운영 체제의 모든 서비스가 커널 내에 포함됨
- 마이크로커널(microkernel)
- 운영 체제 요소의 대부분을 커널 외부로 분리
- 메모리 관리, 멀티태스킹, 프로세스 간 통신(IPC) 등 최소한의 요소만 커널 내에 남김
- 장점
- 새로운 서비스를 추가하여 운영 체제를 확장하기 쉬움
- 유지 보수가 용이하여 안정성이 우수함
- 단점
- 커널 외부 요소들 사이는 IPC가 필요하여 성능 저하 발생
운영 체제의 구성
운영 체제의 구성
컴퓨터 시스템의 자원 성격에 따라 구분
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- 프로세스 관리자
- 프로그램 실행 및 스케줄링 관리
- 메모리 관리자
- RAM과 저장장치의 효율적 사용 관리
- 파일 관리자
- 파일 시스템을 관리하고 접근 권한 제어
- 장치 관리자
- 키보드, 마우스, 프린터 등 입출력 장치 관리
- 프로세스 관리자
프로세스 관리자
- 프로세스의 생성 및 삭제
- CPU 할당을 위한 스케줄 결정
- 프로세스의 상태를 관리하며 상태 전이 처리
메모리 관리자
- 메모리(주기억 장치) 공간에 대한 요구의 유효성 확인
- 메모리 할당 및 회수
- 메모리 공간 보호
장치 관리자
- 컴퓨터 시스템의 모든 장치 관리
- 시스템 장치의 할당, 작동, 반환
파일 관리자
- 컴퓨터 시스템의 모든 파일 관리
- 저장 장치의 공간 관리
- 파일의 접근 제한 관리
운영 체제의 유형
운영 체제의 유형
- 일괄처리 운영 체제
- 시 분할 운영 체제
- 실시간 운영 체제
- 분산 운영 체제
일괄 처리 운영 체제
- Batch Processing
- 작업을 모아서 순차적으로 처리하는 방식
- 사람(오퍼레이터)이 하던 일을 프로그램이 빠르게 처리하게 되면서 전체적인 작업 처리 속도가 향상됨
- 나중에 들어온 작업은 앞선 작업들이 모두 끝날 때까지 아무런 상호 작용 없이 기다려야만 함
시 분할 운영 체제
- (Time-Sharing)
- 각 사용자의 프로그램을 한 번에 조금씩 수행하는 방식
- 대화형(interactive) 운영 체제라고도 함
- 사용자들은 마치 혼자 컴퓨터를 사용하는 듯한 느낌을 받음
- 응답 시간이 일괄처리 운영 체제보다 크게 단축됨
- 응답 시간 (Response Time)
- 요청한 시점부터 반응이 시작되는 시점까지의 소요 시간
실시간 운영 체제
- Real-Time
- 원하는 시간 내에 프로그램의 결과를 얻을 수 있는 방식
- 처리 결과가 현재의 결정에 영향을 주는 환경에서 사용됨
- ex) 미사일 제어 시스템, 증권 거래 시스템
- 중요한 작업에 대한 처리 기한을 맞추는 것이 중요
- 우선 순위가 높은 작업을 우선 처리할 수 있는 기법 활용
분산 운영 체제
- 분산 시스템을 관리하기 위한 운영 체제
- 분산 시스템
- 2개 이상의 컴퓨터 시스템이 네트워크로 서로 연결되어 서로의 자원을 이용하는 시스템
- 분산 시스템
- 다른 컴퓨터 시스템의 자원을 이용하는 것이 마치 자신의 컴퓨터 시스템에 있는 자원을 이용하는 것처럼 가능해야 함
정리 하기
- 운영 체제는 컴퓨터 시스템의 자원을 관리하고 컴퓨터 프로그램이 동작하기 위한 서비스를 제공하는 프로그램들의 모습으로 대표적인 시스템 소프트웨어임
- 커널 모드는 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU의 명령어를 사용할 수 있는 모드
- 사용자 모드는 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU의 명령어를 사용할 수 없는 모드
- 응용 프로그램은 사용자 모드에서 동작하기에, 하드웨어에 대한 제어가 필요한 경우 시스템 호출을 통해 필요한 서비스를 운영 체제에 요청해야 함
- 운영 체제의 주요 구성 요소에는 프로세스 관리자, 메모리 관리자, 장치 관리자, 파일 관리자가 있음
- 운영 체제의 대표적인 유형으로는 일괄처리 운영 체제, 시 분할 운영 체제, 실시간 운영 체제, 분산 운영 체제가 있음