Introduction to Operating Systems

 

http://www.kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1046323

학교 다닐 때 반효경 교수님의 다른 수업을 들은 적은 있는데 정작 유명한 운영체제 강의는 못 듣고 졸업했습니다. 졸업은 했지만 CS는 계속 공부해야하고... 일단 운영체제를 다시 공부하기로 마음 먹었습니다! 이번에는 교수님 강의를 들으면서 정리한 내용을 올릴 예정입니다. (사이버캠퍼스에서 청강 신청하면 'kocw 강의를 들으세요'라고 안내하시는 그 강의! 졸업하고 이제야 듣습니다 😁)

 

운영 체제(Operating System, OS)란?

위키백과에서는 운영 체제를 이렇게 정의하고 있습니다.

운영 체제 또는 오퍼레이팅 시스템은 시스템 하드웨어를 관리할 뿐 아니라 응용 소프트웨어를 실행하기 위하여 하드웨어 추상화 플랫폼과 공통 시스템 서비스를 제공하는 시스템 소프트웨어이다.

 

살짝 무슨 말인지 모르겠습니다. 쉽게 말한다면 컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층을 운영 체제라고 합니다. 운영 체제는 사용자가 컴퓨터를 편리하게 사용할 수 있게 해주고, 하드웨어를 효율적으로 관리할 수 있도록 도와줍니다.

 

좁은 의미의 운영 체제는 커널을 의미합니다. 커널은 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분입니다. 넓은 의미의 운영 체제는 우리가 흔히 운영 체제라고 부르는 개념을 의미합니다. 커널 뿐만 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 것, MS Windows 같은 것들이 이 의미의 운영 체제에 속합니다. CS를 공부하면서 과목으로 배우게 될 운영 체제는 보통 좁은 의미의 운영 체제, 커널을 의미합니다. 운영 체제는 동시 사용자나 프로그램들이 각각 독자적인 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상을 제공합니다. 또한 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분들을 운영 체제가 대행함으로써 사용자나 응용 소프트웨어는 하드웨어를 직접 다루지 않아도 됩니다.

 

운영 체제의 목표

운영 체제의 가장 중요한 목표는 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리하는 것입니다. 컴퓨터 자원은 한정되어 있기 때문에 효율적으로 관리하는 것이 정말 중요합니다. 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록 프로세서, 기억장치, 입출력 장치 등의 리소스를 관리하는 것이 운영 체제의 가장 중요한 목표라고 할 수 있습니다. 또한 운영 체제는 사용자 및 운영 체제 자신을 보호하고, 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리하는 역할을 합니다. 운영 체제는 실행 중인 프로그램들에게 짧은 시간씩 CPU를 번갈아 할당하기도 하고, 메모리 공간을 적절히 분배하는 역할을 수행하기도 합니다.

 

운영 체제의 분류

운영 체제는 크게 세 가지 방식으로 분류할 수 있습니다. 

• 동시 작업 가능 여부
  • 단일 작업 (single tasking): 한 번에 하나의 작업만 처리합니다.
  • 다중 작업 (multi tasking): 동시에 두 개 이상의 작업을 처리합니다. 현대의 운영 체제는 거의 멀티 태스킹을 지원한다고 볼 수 있습니다.

 

• 사용자의 수
  • 단일 사용자 (single user) 
  • 다중 사용자 (multi user): 계정을 여러 개 만들어 동시에 접근이 가능한 시스템을 말합니다.

 

• 처리 방식
  • 일괄 처리 (batch processing): 현대의 운영 체제에서는 찾아 보기 어려운 방식입니다. 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리합니다. 또한 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 하므로 interactive하지 못합니다. (교수님도 경험해보지 못한 일괄 처리...)
  • 시분할 (time sharing): 현대의 운영 체제들에서 많이 사용되는 방식입니다. 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정 시간 단위로 분할하여 사용합니다. 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가지며 interactive 합니다. 하지만 정확한 시간을 지켜주는 시스템은 아닙니다.
  • 실시간 (Realtime OS): 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS 입니다. 특수 목적 컴퓨터에서 사용되는 방식이라고 할 수 있습니다. 
  • +) 실시간 시스템의 개념 확장 (Hard realtime system / Soft realtime system): Hard realtime system은 데드라인을 지키지 않으면 치명적인 결과를 초래하는 시스템이고, Soft realtime system은 최근에 많이 사용되는 시스템이라고 할 수 있습니다. 실시간 스트리밍 서비스 등에서 이용되는 시스템으로 정확한 시간을 지키지 못했을 때 아주 치명적이지는 않습니다.

 

혼동하기 쉬운 몇 가지 용어

• Multitasking: 일반적인 용어
• Multiprogramming: 여러 프로그램이 메모리에 올라가 있음
• Time sharing: CPU를 시간을 분할하여 나누어 쓴다는 의미
• Multiprocess: 여러 프로세스가 동시에 실행된다는 의미

 

위의 용어들은 컴퓨터에서 여러 작업을 동시에 수행하는 것을 의미합니다. 하지만 용어별로 각각 강조하고 싶은 점이 다릅니다. Multiprocessor라는 용어는 하나의 컴퓨터에 CPU (processor)가 여러 개 붙어 있음을 의미하는 용어이므로 혼동하지 않도록 합시다.

 

운영 체제의 예

유닉스(UNIX): 초창기 대형 컴퓨터를 위해 만들어졌습니다. 다중 사용자를 지원합니다.

• 코드의 대부분을 C언어로 작성 (C언어는 UNIX 운영 체제를 만들기 위해 만들어진 언어입니다.)
• 높은 이식성
• 최소한의 커널 구조 (커널 크기가 작습니다.)
• 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
• 소스 코드 공개
• 프로그램 개발에 용이
• 다양한 버전 (System V, FreeBSD, SunOS, Solaris, Linux)

 

DOS(Disk Operating System)

• MS사에서 1981년 IBM-PC를 위해 개발
• 단일 사용자용 운영체제, 메모리 관리 능력의 한계 (주 기억장치: 640KB)

 

MS Windows

• MS사의 다중 작업용 GUI 기반 운영 체제
• Plug and Play, 네트워크 환경 강화
• DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공
• 풍부한 지원 소프트웨어

 

운영 체제의 구조

이번 시간에는 간략하게 운영 체제의 구조를 살펴 보고 어떤 역할을 수행하는지 정리합니다. 앞으로 강의를 통해 배우게 될 내용들은 아래와 같습니다. 

• 어떤 프로그램에게 CPU를 할당할지 결정하는 CPU 스케줄링
• 한정된 메모리를 쪼개어 쓰는 메모리 관리
• 각기 다른 입출력 장치와 컴퓨터 간에 정보를 주고 받게 하는 입출력 관리 (인터럽트를 활용합니다.)
• 디스크에 파일을 보관하는 방법과 관련된 파일 관리 (디스크도 스케줄링이 필요합니다. 헤드가 움직이면서 읽고 씁니다. 헤드의 움직임을 최소화시키는 방향으로 스케줄링합니다.)
• 프로세스 관리 (프로세스의 생성과 삭제, 자원 할당 및 반환, 프로세스 간 협력)
• 보호 시스템
• 네트워킹
• 명령어 해석기