[OS] 운영체제 개요

1. 운영체제의 개요

• 컴퓨터의 하드웨어 자원을 관리하고 컴퓨터 프로그램이 동작하기 위한 서비스를 제공하는 시스템 소프트웨어

 

1.1. 컴퓨터 시스템의 운영

• 컴퓨터 시스템의 자원을 제어 및 관리
• 응용프로그램들의 실행을 도와주는 소프트웨어

1.2. 사용자 지원

• 사용자의 명령을 해석하여 실행
• 사용자와 하드웨어 사이의 매개체 역할 수행

1.3. CPU의 동작 모드

• 슈퍼바이저 모드(커널 모드)
  • 운영체제의 커널이 동작되는 모드
  • 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU 명령어 사용 가능
• 보호 모드 (사용자 모드)
  • 응용 프로그램이 동작되는 모드
  • 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU 명령어 사용 불가능
• 시스템 호출 -> 보호 모드에서 슈퍼바이저 모드로 변경 -> 커널 동작 -> 하드웨어 제어

1.4. 커널(Kernel)

운영체제의 핵심 요소
응용프로그램과 하드웨어 수준의 처리 사이에 가교 역할

• 일체형 커널(Monolithic Kernel)
  • 운영체제의 모든 서비스가 커널 내에 포함됨
  • ex) UNIX, Linux 운영체제들
    • 장점
      • 커널 내부 요소들이 서로 효율적으로 상호작용이 가능
    • 단점
      • 한 요소에 있는 오류로 인해 시스템 전체에 장애 발생 가능
• 마이크로 커널(Micro Kernel)
  • 운영체제의 대부분의 요소들을 커널 외부로 분리
  • 커널 내에는 메모리 관리, 멀티태스킹, 프로세스 간 통신(IPC) 등 최소한의 요소들만 남김
    • 장점
      • 새로운 서비스를 추가하여 운영체제를 확장하기 쉬움
      • 유지보수가 용이하며 안정성이 우수
    • 단점
      • 커널 외부 요소들 사이는 IPC를 통해야 하면 하기에 성능 저하 발생 야기

2. 운영체제의 구성

2.1. 프로세스 관리자

• 프로세스를 생성, 삭제, CPU 할당을 위한 스케줄 결정
• 프로세스의 상태를 관리하며 상태 전이를 처리
• 보조장치에 존재했던 프로그램 파일들이
  -> 메모리에 할당되어 실행 중인 프로그램, 즉 프로세스가 됨
  -> 프로세스는 스케줄링을 통해 CPU에 할당 처리

2.2. 메모리 관리자

• 메모리(주 기억장치) 공간에 대한 요구의 유효성 체크
• 메모리 할당 및 회수
• 메모리 공간 보호

2.3. 장치 관리자

• 컴퓨터 시스템의 모든 장치를 관리
• 시스템의 장치를 할당, 작동 시작, 반환

2.4. 파일 관리자

• 컴퓨터 시스템의 모든 파일을 관리
• 파일의 접근 제한 관리
• 파일을 열어 자원을 할당하거나 파일을 닫아 자원을 회수

3. 운영체제의 유형

응답 시간의 속도, 데이터 입력의 방식에 따라 분류

• 일괄처리 운영체제
  • 작업을 모아서 처리
  • 사용자와 상호작용 없이 순차적으로 실행
  • 효율성 평가: 처리량, 반환시간
  • 처리량: 주어진 시간 안에 처리된 작업의 수
    반환시간: 작업의 생성 시점부터 종료 시점까지의 소요 시간
• 대화형(Interactive) 운영체제
  • 시분할 운영체제라고도 함
  • 일괄처리 운영체제보다 빠르지만 실시간 운영체제보다는 느린 응답 시간
  • 이용자에게 즉각적인 피드백을 제공
  응답 시간: 요청한 시점부터 반응이 시작되는 시점까지의 소요 시간

 

• 실시간(Real Time) 운영체제
  • 가장 빠른 응답 시간
  • 처리의 결과가 현재의 결정에 영향을 주는 환경에서 사용
  • 우주선 비행 시스템, 미사일 제어, 증권거래 관리 시스템, 은행 입출금 시스템 등에 사용
• 하이브리드(Hybrid) 운영체제
  • 일괄처리 운영체제와 대화형 운영체제의 결합
  • 이용자는 터미널을 통해 접속하고 빠른 응답 시간을 얻음
  • 대화형 작업이 많지 않을 경우 백그라운드에서 배치 프로그램 실행
  • 현재 사용되고 있는 대부분의 대형 컴퓨터 시스템은 하이브리드 운영체제

 

본 글은 한국방송통신대학교 강의를 참고해 정리한 글입니다.