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Operating System (운영체제)

  • 다음 URL을 꼭 읽어볼 것: OS란?

오케스트라의 지휘자처럼, 컴퓨터 시스템을 구성하고 있는 여러가지 자원(resource) 에게 어떤 동작을 하도록 지시하고 관리하는 역할 을 하는 프로그램들의 집합.

사용자 측면에서 컴퓨터의 하드웨어에 대한 지식 없이도 컴퓨터시스템을 쉽게 사용 가능 케 해주고 시스템 측면에선 컴퓨터 시스템의 성능을 최대 한도로 향상 시키는 프로그램.

  • 컴퓨터의 하드웨어 관리
  • 응용프로그램들(Application, App)의 토대를 제공해주는 프로그램
  • "사용자, 응용프로그램들"과 "하드웨어" 사이의 중간 매개체 역할.

간략하게 말하면,
OS의 주요기능은

  • 컴퓨터의 다양한 H/W를 abstraction(virtual resource로 추상화: Kernel참고)하고,
  • 이들을 사용자 및 응용프로그램들이 접근가능하도록 API를 제공하는 것(사실 Kernel이 이를 담당)임.
  • 이 API를 이용하는 programming으로 다양한 응용프로그램(Application or App)이 컴퓨터에서 추상화된 H/W를 사용할 수 있음.

참고로, OS가 제공해야하는 서비스를 위한 표준 API로 가장 유명한 표준안은 POSIX임.

OS의 목적

  • 운영체제는 User Interface(사용자 인터페이스)를 제공 → 사용자가 컴퓨터의 H/W 지식 없이도 편리하게 시스템 사용케 함.
  • 컴퓨터 시스템의 자원들을 효율적인 운영 (자원 스케쥴링 등등)

OS가 제공하는 Services

  1. 프로그램의 실행 : 사용자가 원하는 프로그램을 실행시킴.
  2. 입력/출력 동작 지원 : 사용자 프로그램이 데이터의 I/O를 수행할 수 있게 지원.
  3. 파일 시스템 조작 : 파일의 생성, 삭제 등의 파일 관리에 대한 기능을 제공.
  4. 자원 관리 및 할당 : 여러 사용자 혹은 프로세스가 제한된 자원을 사용하려고 할 때, 효율적으로 해당 자원 할당을 수행.
  5. 계정 관리 : 사용자들의 컴퓨터에 관한 기록을 저장하고, 이를 처리하여 자원의 활용 상태 파악등에 이용.
  6. 오류 탐지 : 항상 가능한 한 모든 오류의 상태를 탐지.
  7. 보호 : 사용자 정보를 보호할 수 있는 체제를 제공.

OS의 종류

여러 OS들

운영기법에 의한 종류

일괄 처리 (Batch Processing) 시스템

  1. 한번에 하나의 프로그램(=process) 만이 수행 된다.
  2. 운영체제는 항상 메모리(=RAM) 에 상주한다: stored program computer
  3. 처리 속도를 향상시키기 위해 유사한 요구를 필요로 하는 작업을 일괄처리 하였다.
  4. 시대적으로 가장 먼저 생겨난 형태이다.
  5. 단점 : 기계적 입출력 장치가 전자적 장치의 속도보다 상대적으로 느려 CPU가 쉬는 경우가 많았다.

다중 프로그래밍(Multi-programming) 시스템

CPU (당시엔 거의 core가 하나)의 idle time을 줄이기 위한 시스템.

  1. 여러 개의 프로그램(=process)을 동시에 메모리(=RAM)에 적재하고
  2. 그 중 하나의 프로그램이 수행하다가 I/O, 인터럽트 등에 의해 대기 상태가 되면 그 동안 다른 프로그램을 실행하는 방식이다.
  3. 입출력과 프로그램의 실행을 병렬 로 할 수 있어, CPU 사용 효율이 증가한다.
  4. context changing 에 초점을 둔 시스템이라고 봐도 될 듯.

시분할 (Time sharing) 시스템

  1. 다중 프로그래밍 시스템은 사용자와의 상호작용 을 제공하지 못 하였기 때문에, 등장한 시스템
  2. 다중 프로그래밍과 달리 정해진 시간이 되면 무조건 다음 순서의 작업을 실행 하는 방식
  3. 작업 교대 시간이 매우 짧아 프로그램이 실행되는 동안 사용자는 컴퓨터와 상호작용을 함
  4. 가상 메모리를 사용하여, 많은 메모리를 사용 할 수 있다.

Multi-tasking System ***

  1. 하나의 resource (=일반적으로 CPU)를 여러 process들이 공유
  2. 여러 tasks가 동시에 수행 되는 것처럼 느껴지게 (=concurrency) 하는 시스템
  3. round-robin scheduling algorithm과 같은 스케쥴링 알고리즘 이 multi-programming에 추가되어 multi-tasking 이 된다.
  4. 용어적 측면에서 concurrency(동시성) 을 갖춘 시스템이 바로 multi-tasking system임.
  5. multi-programming의 논리적인 확장
  6. multi-programming에 time-sharing 의 개념이 보다 추가된 것으로 볼 수 있음.

Task란 : 매우 중요함!

OS에서 실행되는 Program의 instance를 가르키는 Process 와 비교할 때,
Task 는 보다 일반적인 용어임.

Task는 특정 목표를 달성하기 위해 수행되는 작업이나 활동을 의미 하며,
컴퓨터에서 Task는 보통 하나 이상의 Process로 구성됨. Task는 특정 작업을 완료하는데 필요한 모든 단계를 포함하는 것이 일반적임.

  • Process는 OS가 관리하는 단위임.
  • 보통 Task는 OS의 관리 단위가 아님.

다중 처리 (Multi-processing) 시스템 ***

  1. 여러 개의 CPU 와 한 개의 주기억 장치로 여러 프로그램을 동시에 처리하는 시스템.
  2. 여러 process가 동시에 수행됨 (core수 만큼).

multi-tasking인 concurrency를 구현한 것이라면,
multi-processing은 parallelism을 구현한 것임.

실시간 처리 (Real Time) 시스템

  1. 프로세서 작동이나 데이터 흐름에 엄격한 (처리 혹은 응답)시간 제약 이 있을 때 사용.
  2. 발생 data를 곧바로 바로 처리.
  3. 실시간 시스템의 운영체제는 보통 특수 목적용이다.
    ex) 기차표 예약 업무, 은행 업무

다중 모드 시스템

일괄 처리 시스템 + 시분할 시스템 + 다중 처리 시스템 + 실시간 처리 시스템

분산 처리 시스템

  1. 네트워크를 통해 통신하여 그 기능을 제공
  2. 여러 프로세서를 사용하지만, 밀결합(tightly-coupled) 구조가 아닌 소결합(loosely-coupled) 형태
  3. 컴퓨터 버스나 클럭을 공유하지 않고, 네트워크를 이용해 통신

Grid Computing System 이 대표적인 분산처리 시스템 이다.