[운영체제] 오퍼레이팅 시스템 개요

 

전공 수업 내용 정리 (문제 발생시 비공개합니다.)

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운영 체제 (Operating System)

운영 체제는 컴퓨터 하드웨어와 응용 프로그램을 연결하는 프로그램으로,

시스템 리소스를 동적으로 관리하고, 메모리 및 프로세스 스케줄링과 같은 작업을 수행합니다.

운영 체제의 주요 목표

1. 편리성: 사용자가 시스템을 쉽게 사용할 수 있도록 함.
2. 효율성: 시스템 자원을 최대한 활용.
3. 발전성: 새로운 하드웨어 및 서비스에 적응할 수 있는 능력.

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운영 체제의 역할

1. 사용자와 컴퓨터 간 인터페이스 제공
   • 프로그램 생성, 파일 관리, I/O 장치 제어를 지원.
   • 프로그래머로부터 하드웨어 세부 정보를 마스킹.
2. 자원 관리자로서의 역할
   • 데이터 이동, 저장, 처리 등을 위한 자원을 관리.
   • CPU 및 기타 시스템 리소스의 사용 타이밍을 조율.

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운영 체제의 진화

운영 체제는 새로운 하드웨어, 서비스 및 수정의 필요성에 따라 발전했습니다.

초기에는 하드웨어 의존적이었지만 점차 모듈화되고 구조화된 형태로 변형되었습니다.

주요 단계

1. 순차 처리(Serial Processing)
   • 1940~50년대: OS가 없던 시기
   • 작업 전환은 수동으로 수행
   • 문제점: 높은 준비 시간, 스케줄링 시간의 비효율성.
2. 단순 일괄처리 시스템(Simple Batch Systems)
   • 1960년대 초반: 유사 작업의 일괄 처리로 설정 시간 단축
   • 주요 기능: 작업 제어 언어(JCL), 메모리/I/O 보호, 듀얼 모드 시스템.
   • 문제점: 느린 I/O 장치 속도와 CPU 유휴 시간.
3. 멀티 배치 시스템(Multiprogrammed Batch Systems)
   • 1960년대 중반: 멀티프로그래밍 개념 도입으로 CPU 활용도 향상.
   • 주요 하드웨어 요구사항: 재배치, 메모리 보호, MMU(Memory Management Unit).
   
4. 시분할 시스템(Time Sharing Systems)
   • 1960년대 후반: 여러 사용자가 동시에 컴퓨터를 사용 가능.
   • 주요 특징: 대화형 환경, 시간 조각(Time Slice) 할당, 선점형 스케줄링.
   • 주요 예: CTSS, MULTICS, UNIX

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프로세스 (Process)

• 실행 중인 프로그램.
• OS가 프로세스를 관리하며, 각 프로세스는 다음 세 가지 구성 요소로 이루어짐:
  1. 수행 중인 프로그램.
  2. 관련 데이터.
  3. 실행 문맥(Execution Context).

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스케줄링과 자원 관리의 주요 요소

1. 공정성: 모든 프로세스가 공정하게 리소스를 사용
2. 효율성: 시스템 자원을 최대한 활용
3. 반응성: 사용자 요청에 빠르게 응답

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동기화 (Synchronization)

• 프로그램 간 간섭을 방지하고 교착 상태를 해결하기 위한 메커니즘.

메모리 관리와 보호

• 프로세스 간 자원을 안전하게 공유하기 위한 메커니즘
• 시스템 콜(System Call)을 통해 사용자 모드에서 커널 모드로 전환

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시스템 콜 (System Call)

• 프로세스가 커널 서비스를 요청하는 메커니즘
• 주요 이유: 시스템 자원 보호 및 안정성

파라미터 전달 방법

1. 레지스터를 통한 전달
2. 메모리 블록에 저장 후 해당 주소를 전달
3. 스택을 이용한 전달

System Call과 관련된 메서드들

파라미터 전달 방식

• 레지스터: 레지스터를 통해 파라미터를 넘겨주는 방식.
• 메모리 블록: 파라미터를 메모리 블록에 저장하고, 해당 블록의 주소를 레지스터로 전달.
• 스택: 파라미터를 스택에 push하거나 pop하여 전달.
• 메모리 블록과 스택 메서드는 전달되는 파라미터의 길이와 개수에 제약이 없음.

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프로세스

스케줄링

• 공정성과 효율성을 극대화하기 위한 다양한 알고리즘 적용.

인터프로세스 커뮤니케이션(IPC)

• 프로세스 간 데이터 교환 및 동기화 메커니즘 제공

파일 시스템

• 데이터를 효율적으로 저장, 관리하기 위한 구조적 방식

소켓

• 네트워크를 통해 프로세스 간 통신을 지원하는 인터페이스