[운영체제](반효경) 2강. Introduction to Operating Systems

2. Introduction to Operating Systems

1. 운영체제란 무엇인가?

운영체제란?

1. 협의의 운영체제(커널) ← 전공자 입장에서의 개념
   • 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분
2. 광의의 운영체제
   • 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념

운영체제의 목적

1. 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있게 해준다.
   • 운영체제는 동시 사용자/ 프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환경을 제공(실제로는 아니다.)
   • 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행
2. 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리
   • 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 효율적 관리
     • 사용자간의 형평성 있는 자원 분배
     • 주어진 자원으로 최대한의 성능 도출
   • 사용자 및 운영체제 자신의 보호
   • 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리

2. 운영체제의 분류

1. 동시작업 가능여부에 따른 분류

1. 단일 작업(single tasking)
   • 한번에 하나의 작업만 처리
   • MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음
2. 다중 작업(multi tasking)
   • 동시에 두개 이상의 작업 처리
   • UNIX, MS Windows 등에서는 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령이나 프로그램을 수행할 수 있음

2. 사용자의 수에 따른 분류

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

3. 처리 방식에 따른 분류

1. 일괄 처리(Batch Processing)
   • 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리
   • 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야함
   • e.g. Punch Card(천공카드) 처리 시스템
2. 시분할(Time Sharing)
   • 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
   • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답시간을 가짐(e.g UNIX)
   • Interactive한 방식
   • 정확한 대기시간이 정해져 있지는 않음
   • e.g. 일반적으로 우리가 사용하는 OS들(iOS, Window, Android)
3. 실시간(Realtime OS)
   • 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이(Deadline 보장) 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS
   • e.g. 원자로/공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로봇 제어
   • 실시간 시스템의 개념 확장
   • Hard Realtime System(경성 실시간 시스템) - 위의 예에 해당되는 시스템들
   • Soft Realtime System(연성 실시간 시스템) - 중단되도 중대한 문제가 발생하지 않는 영상 재생프로그램과 같은 시스템에도 적용가능

→ 요즘 운영체제는 대부분 다중작업, 사용자를 지원하고, 시분할 방식이다.

3. 몇가지 용어

• Multitasking
  • 여러 작업이 동시에 실행되는 것 처럼 보이는 것
• Multiprogramming
  • 메모리에 여러 프로그램이 동시에 올라가 있음을 강조
• Time sharing
  • CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓴다는 의미를 강조
• Multiprocess
  • 여러 작업이 동시에 수행될 수 있다는 의미

위 4개의 용어들은 비슷한 의미로 혼용된다.

• Multiprocessor
  • Multiprocessor는 하나의 컴퓨터에 CPU가 여러개 붙어있음을 의미하는 것이기에 위 용어들과는 구분이 필요(e.g. 고성능 컴퓨터)

4. 운영체제의 예

UNIX

• 대형 컴퓨터를 위한 운영체제로 시작
• 코드의 대부분이 C언어로 작성(운영체제, 시스템소프트웨어를 만들기 위해 C언어가 만들어짐)
• 높은 이식성(Portability) → 전혀 다른 기계어로 작동하는 컴퓨터로 옮길 수 있음
• 최소한의 커널 구조
• 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
• 소스코드 공개(학술적으로 사용하기 용이)
• 프로그램 개발에 용이
• 다양한 버전
  • System V, FreeBSD(버클리), SunOS, Solaris
  • Linux(공개 소프트웨어) - 대형 컴퓨터를 위한 것이라고는 하기 어렵다. e.g. Android

DOS(Disk Operating System)

• 개인용 컴퓨터를 위한 운영체제로 시작
• MS에서 1981년 IBM PC를 위해 개발
• 단일 사용자용 운영체제, 메모리 관리능력의 한계(주 기억장치: 640KB)

MS Windows

• MS사의 다중작업용 GUI 기반 운영체제
• Plug and Play, 네트워크 환경 강화
• 불안정성(초창기)
• 풍부한 지원 소프트웨어

Handheld device를 위한 OS

• PalmOS, Pocket PC(WinCE), Tiny OS

5. 운영체제의 구조

• CPU
  • CPU 스케쥴링: 누구한테 CPU를 줄까?
• 메모리
  • 메모리 관리: 한정된 메모리를 어떻게 분배하지?
• 디스크
  • 파일 관리: 디스크에 파일을 어떻게 보관하지?
• 입/출력장치
  • 입출력 관리: 각기 다른 입출력 장치와 컴퓨터 간에 어떻게 정보를 주고받게 하지?
• 프로세스 관리
  • 프로세스의 생성과 삭제
  • 자원 할당 및 반환
  • 프로세스 간 협력
• 그 외
  • 보호 시스템
  • 네트워킹
  • 명령어 해석기(command line interpreter)

운영체제 과목의 수강 태도

• OS사용자 관점이 아니라 OS 개발자 관점에서 수강해야 함
  • 대부분의 알고리즘은 OS프로그램 자체의 내용
  • 인간의 신체가 뇌의 통제를 받듯 컴퓨터 하드웨어는 운영체제의 통제를 받으며 그 운영체제는 사람이 프로그래밍 하는 것이다.
  • 내가 운영체제라고 생각하고 할 일이 무엇인지를 생각해 보면 이번 배울 내용이 무엇인지 명확히 알 수 있다.