운영체제 1강 - 역할, 구성, 유형

사용자	응용 소프트웨어	시스템 소프트웨어	하드웨어
유저	웹사이트, 프로그램	리눅스, 운영체제	키보드, 마우스, 모니터

 

운영체제란 컴퓨터의 하드웨어 자원을 관리하고 컴퓨터 프로그램이 동작하기 위한 서비스를 제공하는 시스템 소프트웨어

 

운영체제의 역할

컴퓨터 시스템의 운영

•  컴퓨터 시스템의 자원을 제어하고 관리한다
•  응용프로그램들의 실행을 도와주는 소프트웨어

 

사용자지원

•  사용자의 명령을 해석하여 실행
•  사용자와 하드웨어 사이의 매개체 역할 수행

 

옛날에 운영체제가 없을 때는 응용프로그램이 하드웨어를 직접 제어하던 시절이 있었다.
응용 프로그램 개발자가 하드웨어 제어 방법을 다 알았어야 했던 것이다.
여러 응용프로그램이 하드웨어를 공유할 때 자원분할이 안될 수도 있다는 것이 가장 큰 단점이었다.
그래서! 운영체제라는 것이 생겼다.

 

운영체제가 명령어를 알아서 해석하고 하드웨어를 굴러갈 수 있게 도와줌

응용프로그램들이 하드웨어를 사용하고자 할 때 운영체제가 응용프로그램의 순서도 제어할 수 있다.

 

CPU의 동작 모드

• 슈퍼바이저 모드 (커널 모드)
  •  운영체제의 커널이 동작되는 모드
  •  하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU 명령어 사용 가능

• 보호 모드 (사용자 모드) : 
  • 응용 프로그램이 동작되는 모드
  • 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU 명령어 사용 불가능

 

커널

• 운영체제의 핵심 요소
• 응용프로그램과 하드웨어 수준의 처리 사이의 가교 역할
• 대표적인 구성방식: 일체형 커널, 마이크로 커널
  • 일체형 커널
    • 운영체제의 모든 서비스가 커널 내에 포함됨
    • 장점: 커널 내부 요소들이 서로 효율적으로 상호작용을 할 수 있음
    • 단점: 한 요소에 있는 오류로 인해 시스템 전체에 장애가 발생할 수 있다.
    • 예: UNIX, Linux 운영체제들
  • 마이크로 커널
    • 운영체제의 대부분의 요소들을 커널 외부로 분리
    • 커널 내에는 메모리 관리, 멀티태스킹, 프로세스 간 통신(IPC) 등 최소한의 요소들만 남김
    • 장점: 새로운 서비스를 추가하여 운영체제를 확장하기 쉬움, 유지보수가 용이하며 안정성이 우수
    • 단점: 커널 외부 요소들 사이는 IPC를 통해야만 하므로 성능 저하가 발생
  • 일체형 커널을 선택할 지, 마이크로 커널을 선택할 지는 개발자의 선택에 따른다. 안정적인 운영을 지향해야 하는 서비스라면 일체형을, 확장성을 고려한다면 마이크로 커널을 선택하는 경우가 많다.

 

운영체제의 구성

컴퓨터 시스템의 자원의 성격에 따라 구분

• 프로세스 관리자
  • 프로세스를 생성, 삭제, CPU 할당을 위한 스케줄 결정
• 메모리 관리자
  • 메모리(주기억장치) 공간에 대한 요구의 유효성 체크
  • 메모리 할당 및 회수
  • 메모리 공간 보호
• 파일 관리자
  • 컴퓨터 시스템의 모든 파일을 관리
  • 파일의 접근 제한 관리
  • 파일을 열어 자원을 할당하거나 파일을 닫아 자원을 회수
• 장치 관리자
  • 컴퓨터 시스템의 모든 장치를 관리
  • 시스템의 장치를 할당, 작동 시작, 반환

 

 

운영체제의 유형

응답시간의 속도, 데이터 입력의 방식에 따라 분류

• 일괄처리 운영체제
  • 작업을 모아서 처리
  • 사용자와 상호작용 없이 순차적으로 실행
  • 효율성 평가: 처리량, 반환시간
• 대화형 운영체제
  • 시분할 운영체제라고도 함
  • 일괄처리 운영체제보다 빠르지만 실시간 운영체제보다는 느린 응답시간
  • 이용자에게 즉각적인 피드백을 제공
• 실시간 운영체제
  • 가장 빠른 응답시간
  • 처리의 결과가 현재의 결정에 영향을 주는 환경에서 사용
  • 우주선 비행 시스템, 미사일 제어, 증권거래 관리 시스템, 은행 입출금 시스템 등에 사용
• 하이브리드 운영체제
  • 일괄처리 운영체제와 대화형 운영체제의 결합
  • 이용자는 터미널을 통해 접속하고 빠른 응답시간을 얻음
  • 대화형 작업이 많지 않을 경우 백그라운드에서 배치 프로그램 실행
  • 현재 사용되고 있는 대부분의 대형 컴퓨터 시스템은 하이브리드 운영체제

 

 

정리

1. 운영체제는 컴퓨터 시스템의 자원을 관리하고 컴퓨터 프로그램이 동작하기 위한 서비스를 제공하는 시스템 소프트웨어이다.
2. 응용 프로그램은 하드웨어 자원을 직접 액세스할 수 없으며, 시스템 호출이라는 절차를 통해 필요한 서비스를 운영체제에게 요청하여야 한다.
3. 커널은 응용 프로그램과 하드웨어 수준의 처리 사이의 가교 역할을 하는 운영체제의 핵심 요소로, 대표적인 두 가지로 일체형 커널과 마이크로 커널이 있다.
4. 운영체제의 주요 구성 요소에는 프로세스 관리자, 메모리 관리자, 장치 관리자, 파일 관리자가 있다.
5. 운영체제의 유형은 크게 일괄처리 운영체제, 대화형 운영체제, 실시간 운영체제, 그리고 하이브리드 운영체제로 분류된다.