2. Introductions to Operating Systems

이화여자대학교 반효경 교수님의 운영체제 강의를 듣고 정리한 내용이다.

 

운영체제(OS, Operating System)란 무엇인가?

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

• OS는 HW를 효율적으로 관리
  • 사용자의 아래, HW 위에 위치함
• 협의의 운영체제 = 커널
  • 보통 OS는 커널을 뜻함
  • 운영체제의 핵심 부분으로 전원을 키고 전원을 끄기 전까지 메모리에 상주하는 부분
• 광의의 운영체제
  • 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함하는 개념

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운영체제의 목적

• 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리
• 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리
  • 사용자 간의 형평성 있는 자원 분배
  • 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록
• 사용자 및 운영체제 자신을 보호
• 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리

• 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경 제공
  • 운영체제는 동시 사용자/프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상을 제공
  • 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행

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운영체제의 분류

1. 동시 작업 가능여부

1. 단일 작업(single tasking)
   • 한 번에 하나의 작업만 처리
   • MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에는 다른 명령을 수행시킬 수 없음
   • 예전의 운영체제 형태
   • 설계하기에는 훨씬 쉬움
   • 기능에 충실해야 하거나, 특수 작업만을 위한 기계 등엔 여전히 사용
2. 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
   • 범용 컴퓨터

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2. 사용자의 수

1. 단일 사용자(single user)
   • MS-DOS, MS-Windows
2. 다중 사용자(multi user)
   • Unix, NT server

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3. 처리 방식

1. 일괄 처리(batch processing)
   • 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리 
   • 현재의 운영체제에는 찾아보기 어렵지만 예전엔 많이 사용함
   • 이전 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함
   • interactive 하지 않음
   • 초기 punch card 처리시스템, 동사무소 일처리 등
2. 시분할(time sharing)
   • 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
   • 일반적인 범용 컴퓨터(시스템)
   • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐
   • interactive 한 방식
   • 키보드를 뚜드렸을 때 바로 화면에 나타나는 식
   • 데드라인이 있는 것이 아니라, 시간을 지켜주는 것도 아님
   • 사람에 특화된 시스템
3. 실시간(Realtime OS)
   • 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS
   • 특수한 시스템에 사용 多
     • 원자로, 공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로보트 제어 등
   • 실시간 시스템의 개념 확장
     • Hard realtime system(경성 실시간 시스템) : 기간(deadline)을 정확히 지키지 않으면 심각해지는 시스템
     • Soft realtime system(연성 실시간 시스템) : 경성 실시간 시스템과 반대되는 시스템

 

∴ 현대는 시분할과 다중 사용자를 지원해주는 시스템

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용어 설명

아래의 용어들은 컴퓨터에서 여러 작업을 동시에 수행하는 것을 뜻하는 단어

• Multitasking -  좀 더 일반적인 용어. 사실상 task는 여러개 돌아가지만, CPU는 매순간 한 가지 작업만 하고 짧은 시간 간격으로 분할하여 할당하기에, 마치 동시에 실행되는 것 같이 느끼게 해줌
• Multiprogramming - 여러 프로그램이 메모리에 동시에 올라가 있음을 강조
• Time-sharing - CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓴다는 의미를 강조함. 즉, CPU의 측면을 강조
• Multiprocess

※ Multiprocessor : 기본적으로 Multi-tasking 지원. processor는 주로 CPU를 뜻하는데, 하나의 컴퓨터에 CPU(processor)가 여러개 붙어있음을 의미함

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운영체제의 예

1. 유닉스(Unix)
   • 코드의 대부분이 C언어로 작성됨
   • 고급언어면서 기계어이므로 높은 이식성을 가짐
   • 최소한의 커널 구조
   • 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
   • 소스코드가 공개되어 있음
   • 프로그램 개발에 용이
   • 다양한 버전이 있음
   • System V, FreeBSD, SunOS, Solaris, Linux
2. DOS(Disk Operating System)
   • MS 사에서 1981년 IBM-PC를 위해 개발
   • 단일 사용자용 운영 체제
   • 메모리 관리 능력의 한계(주기억장치가 640kb)
3. MS Windows
   • MS 사의 다중작업용 GUI 기반 운영체제
   • Plug & Play, 네트워크 환경 강화
   • DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공
   • 불안정성
   • 풍부한 자원 소프트웨어 지원
4. Handheld Device를 위한 OS
   • PalmOS, Pocket PC(Win CE), Tiny OS

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운영체제의 구조

 

• CPU (CPU 스케쥴링) : 누구한테 CPU를 줄 것인지
• 메모리관리 : 한정된 메모리를 어떻게 쪼개어쓰지?
• 입출력관리 : 각기 다른 입출력 장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고 받게 할지
• 파일 관리 : 디스크에 파일을 어떻게 보관할지? 
  • 디스크의 움직임은 최소화하고 능률은 최대화
• 컴퓨터 하드웨어는 운영체제의 통제를 받음