[운영체제] 운영체제란 무엇인가?

운영체제란 무엇인가?

🔊 이화여자대학교 반효경 교수님의 KOCW 2014년 1학기 운영체제 강의를 들으며 정리한 노트입니다.
      캡쳐한 이미지 출처 또한 반효경 교수님 강의 자료에 있음을 밝힙니다.

운영체제(Operating System, OS)란?

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

• 컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되는 소프트웨어
• 운영체제가 설치되어 있지 않으면?
  컴퓨터 하드웨어는 하나의 고철 덩어리에 지나지 않는다. or 굉장한 실력을 갖춘 자 만이 컴퓨터를 사용할 수 있다.
• 하드웨어 위에다가 운영체제라는 것을 설치해놓으면 이 두개가 한 몸이 되서 하나의 컴퓨터 시스템이 된다.
• 사용자는 컴퓨터를 직접 하드웨어를 접근하지 않으면서 운영체제 하고만 서로 인터페이스를 하면서 쉽게 컴퓨터를 사용할 수 있게 된다.
• 운영체제를 제외한 다른 소프트웨어들도 하드웨어랑 직접 접하기 보다는 운영체제의 관리를 받으면서 실행이 되도록 한다.
• 좁은 의미의 운영체제 : 커널 - 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분
• 넓은 의미의 운영체제 : 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념

운영체제의 목적

• 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리 ★
  • 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리 - (하드웨어 자원)
    
    • 사용자간의 형평성 있는 자원 분배
    • 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록
    • 여러 가지 자원들을 어떻게 여러 프로그램들이 공유해서 사용하는가? 분할해서 사용하는가? 이런 것들을 관리해주는게 운영체제의 가장 중요한 역할
      한정된 예산을 각 부처에 어떻게 효율적으로 분할해주는가? 의 맥락에서 봤을 때 비슷하다고 할 수 있을듯 (N분의 1 방식이 아니라…)
  • 사용자 및 운영체제 자신의 보호
  • 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리 - (소프트웨어 자원)
  • 운영체제는 하드웨어 자원 뿐 아니라 컴퓨터 시스템 안에서 소프트웨어 자원도 관리를 해야되는 책임을 갖고 있는 것이다.
• 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공
  • 운영체제는 동시 사용자 / 프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상(?)을 제공
    
  • 자기 프로그램만 컴퓨터에서 실행되는 것 같은 그런 인상을 제공하지만 사실은 컴퓨터 한 대가 내부적으로 관리를 아주 잘해서 서로 다른 프로그램들을 동시에 실행하도록 하는… 그런 것이 운영체제의 역할
  • 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행

운영체제의 분류

• 동시 작업 가능 여부
  • 단일 작업(single tasking)
    • 한 번에 하나의 작업만 처리
    • MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음
  • 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
• (지원해주는) 사용자의 수
  • 단일 사용자(single user)
    • MS-DOS, MS Windows
  • 다중 사용자(multi user)
    • UNIX, NT server
    • 위에서 MS Windows가 단일 사용자라고 하긴 했지만, 원격에서 서버 기능을 추가시키면 윈도우즈도 다중 사용자가 동시 접근이 가능하기도 함
• 처리 방식
  • 일괄 처리(batch processing)
    • 작업 요청의 일정량 모아서 한꺼번에 처리
      (그러므로, interactive 하지 않다.)
    • 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함
    • ex) 초기 Punch Card 처리 시스템
      
  • 시분할(time sharing)
    • 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
    • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐
      예) UNIX
    • interactive한 방식
      (interactive 하다는 것은 내가 컴퓨터 키보드를 두드렸을 때 바로 화면에 결과가 나오는 것)
      
    • 우리가 사용하는 컴퓨터 그 자체를 시분할 방식이라고 이해하면 된다.
  • 실시간(Realtime OS)
    • (deadline이 있어갖고) 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS
    • 특수한 목적을 가진 시스템에서 그 작업이 반드시 정해진 시간 만에 처리되도록 하는…
      예를 들어, 원자로 / 공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로봇 제어
  • 실시간 시스템의 개념 확장
    • Hard realtime system (경성 실시간 시스템)
    • Soft realtime system (연성 실시간 시스템)

지금 우리가 배울 운영체제가 다중 작업을 지원하고 있고, 다중 사용자를 웬만해선 지원하고 있고, 시분할 방식으로 운영되고 있다. 이것을 알아두면 되겠다.

몇 가지 용어 정리

• Multitasking, Multiprogramming, Time sharing, Multiprocess
  • 구분
    + 위의 용어들은 컴퓨터에서 여러 작업을 동시에 수행하는 것을 뜻한다
    + Multiprogramming은 여러 프로그램이 메모리에 올라가 있음을 강조 (Multiprocess도 비슷한 의미)
    + Time Sharing은 CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓴다는 의미를 강조
• Multiprocessor
  • 하나의 컴퓨터에 CPU (processor)가 여러 개 붙어 있음을 의미

운영체제의 예

• 유닉스(UNIX)
  • 코드의 대부분을 C언어로 작성
    (UNIX를 만들기 위해서 C언어를 만들었기 때문)
  • 높은 이식성
    
    • (UNIX는 대부분의 코드가 C언어로 작성이 됐고, C언어는 기계어와는 독립적이다. 따라서, 하나의 컴퓨터에서 돌아가는 UNIX를 다른 컴퓨터에서 돌릴려면 C언어로 작성되어 있기 때문에 그 컴퓨터에서 컴파일하기만 하면 되는 것임)
    • (이식하기가 어려운 운영체제는 어떤걸까?
      컴퓨터가 한 대 있다고 가정, 그 컴퓨터 기계어에만 국한되게 만든 그런 운영체제는 다른 컴퓨터에 가져가면 기계어 집합 자체가 다르기 때문에 새로 운영체제를 만들어야 함)
  • 최소한의 커널 구조
  • 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
  • 소스 코드 공개
  • 프로그램 개발에 용이
  • 다양한 버전
    • System V, FreeBSD, SunOS, Solaris
    • Linux
  • 초기에 UNIX는 대형 컴퓨터 즉, 서버를 위한 운영체제였다.
  • Linux는 서버에 설치해서 여러 사용자가 동시에 쓸 수도 있지만, 개인용 컴퓨터(PC)에 Linux를 설치해서 개인이 쓰기에도 상당히 좋은 특징을 가지고 있다.
    (스마트폰 OS인 안드로이드도 운영체제 커널은 Linux 커널을 쓰고 있다)
• DOS(Disk Operating System)
  • MS사에서 1981년 IBM-PC를 위해 개발
  • 단일 사용자용 운영체제, 메모리 관리 능력의 한계(주 기억 장치: 640KB)
• MS Windows
  • MS사의 다중 작업용 GUI 기반 운영체제
  • Plug and Play, 네트워크 환경 강화
  • DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공
  • 불안정성
    (초창기 윈도우 얘기… 프로그램 여러개 돌리다보면 어느순간 죽어있고, 다시 부팅해야되고 그랬음)
  • 풍부한 지원 소프트웨어
• Handheld device(소형 디바이스)를 위한 OS
  • PalmOS, Pocket PC (WinCE), Tiny OS
• 여기선 자세히 설명하지 않았지만, 애플의 Mac OS나 스마트폰을 위한 iOS 등도 있음

운영체제의 구조

본인 스스로가 운영체제라고 생각하고, OS 개발자 관점에서 공부하기!!!

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