운영체제의 개요

운영체제가 하는 일

  1. 프로세스 관리

    • 여러개의 프로그램을 동시에 실행시킬 수 있도록 관리해주는 것이다.

    우리는 컴퓨터에서 노래를 들으면서, 게임을 동시에 할 수 있다. 이때 키보드와 마우스는 게임에만 반응하며, 브라우저나 음악은 백그라운드에서 동작한다. (만약 그렇지 않다면, 게임이 내 입력에 제대로 동작하지 않거나, 음악이나 브라우저는 실행조차 안 될 것이다.)

  2. 메모리 관리

    • 여러 프로그램을 메모리에서 관리하는 방법이다.

  3. 하드웨어 관리

    • 하드웨어에 대한 직접적인 접근을 막는다.

      • 운영체제가 판단해서 적절한 위치에 저장한다.

        → 사용자의 악의적인 공격을 방지할 수 있고, 중요한 정보가 덮어씌워지는 것을 방지한다.

  4. 파일 시스템 관리

운영체제의 역사

1940년대: 컴퓨터의 탄생

  • 세계 최초의 컴퓨터 애니악이 탄생한다.

    • 미사일 탄도 계산을 위한 전자 디지털 계산기이다.

    • 특정 명령을 실행하기 위해 해당 배선을 사람이 직접 연결해 작동시켰다.

    • 입출력은 IBM 펀치 카드를 사용했다.

    • 언제 터질지 모르는 진공관을 사용했다.

    • 하드웨어 비용이 비싸서 CPU를 많이 사용하고 싶어했다. (당시 인건비는 매우 저렴해서 고려 대상이 아니었다.)

1950년대 초, 직접 회로의 개발

  • 직접 회로가 개발되었다. (IC)

    • CPU와 메모리는 존재했으나, 여전히 입출력은 IBM 펀치카드를 사용했다.

  • 사용 프로세스

    • 펀치카드를 이용해서 입력 → 오퍼레이터에게 전달 → 라인프린터를 통한 결과 확인

    • 오퍼레이터에게 처리를 요청하는 시간이 너무 오래걸린다고 느꼈다. (너무 큰 오퍼레이터의 오버헤드)

1950년대 중 후반, 싱글스트림 배치시스템의 탄생

  • 싱글 스트림 배치 시스템의 탄생

    • 프로그래머가 여러 개의 펀치 카드를 한 번에 전달 → 오퍼레이터가 CPU에 펀치카드를 순차적으로 실행 후 결과를 한 번에 프로그래머에게 전달하는 것

    • 결과가 나올 때마다 전달하는 과정이 없어지면서 CPU의 사용률이 올라갔다.

      • 그럼에도 입력이나 출력하는 시간 동안 CPU가 놀고 있었다.

  • I/O 디바이스 컨트롤러의 탄생

    • 입출력을 담당하는 것으로, 맡은 작업이 끝나면 CPU에게 인터럽트 신호를 주고, 인터럽트를 받은 CPU가 다시 처리하는 방식으로 발전했다.

    • 하지만 입력을 처리하는 경우 한계가 존재했다.

      • 어떤 작업에서 사용자의 입력을 받아서 처리해야하는 경우, CPU를 기다려야하므로 CPU 사용률이 떨어졌다. (싱글 스트림 배치 시스템의 한계)

      • 출력의 경우 CPU가 종속적이지 않아 I/O 디바이스 컨트롤러에 의해 CPU와의 분리가 가능했다.

1960, 시분할 시스템의 탄생

  • 싱글스트림 배치시스템의 한계를 극복한 시분할 시스템의 탄생

    • 메모리에 여러 프로그램을 올리고, 시간을 나누어서 빠르게 돌아가며 실행시키는 방법

      • 기존에는 입력이 있을 때, CPU가 기다려야했지만, 시분할 시스템에서는 다른 프로그램을 작업하게 되면서 CPU의 사용률이 증가했다.

    • 여러 프로그램을 실행시킬 수 있게 되었다.

      • 여러 사용자가 한 번에 사용할 수 있게 되었다.

      • 사용자 입장에서 프로그램들이 동시에 실행되는 것처럼 느꼈다.

    • 당시 비싼 가격 때문에 하나의 컴퓨터를 여러 사용자들이 여러 터미널로 접근해서 사용했었다.

      • 시분할 시스템의 등장으로, 각 사용자들은 하나의 컴퓨터를 각자 사용하는 것 처럼 느끼기 시작했고, 개인 문서 등 개인 정보를 저장하면서 파일 시스템이 등장하게 되었다.

UNIX 운영체제의 개발

  1. UNIX 운영체제의 기능

    1. 멀티 프로그래밍

    2. 다중 사용자

    3. 파일 시스템

  2. 1960년대 = 멘붕의 시대

    • 여러 프로그램이 동시 실행되면서 많은 문제가 발생했다.

      • 메모리 침범 이슈

        → A프로그램이 B프로그램에 침범하기도 했고, 심지어 OS에 침범하는 경우도 발생했다.

      • 프로그래밍의 변화

        → 기존에는 하나의 메모리에 하나의 프로그램이 동작했기 때문에, 신경쓰지 않아도 되었으나, 메모리에 여러 프로그램이 올라가면서 프로그램 시작 메모리의 변화가 생겼다. → Base register를 통해 모든 프로그램이 0번째에서 실행된다고 가정하고 프로그래밍을 하게 되었다.

      • 많은 문제가 발생하며, 학문으로 자리잡기 시작했다.

1970년대, 개인용 컴퓨터 시대

  • 컴퓨터 가격이 낮아지면서, 개인이 소유하기 시작했다.

    • Apple의 맥킨토시나 마이크로소프트의 _를 많이 사용했다.

운영체제의 구조

커널

  • 운영체제에서 가장 중요한 핵심 부분이다.

  • 사용자나 프로그램이 직접 하드웨어에 접근할 수 없다.

  • 인터페이스나 시스템 콜을 통해 접근해야한다.

접근 방법 (인터페이스와 시스템 콜)

  • 인터페이스

    • 사용자가 커널에 접근하기 위한 방법으로 GUI와 CLI가 존재한다.

    • GUI의 경우 Graphic User Interface의 약자로, 현재 mac OS, windows 등에 해당한다.

    • CLI의 경우 Unix terminal 등..

  • 시스템 콜

    • 프로그램이 직접적으로 하드웨어에 접근하면 문제가 발생할 수 있다.

      • 정보가 사라질 수 있다.

드라이버

  • 커널은 매우 중요한 역할을 하기도 하고, 메모리는 한정적이기 때문에 모든 I/O를 제어할 수 있는 것을 저장해놓지 않는다.

  • 이에 필요한 것들을 드라이버를 통해 제어할 수 있도록 되어 있다.

컴퓨터 하드웨어와 구조

폰 노이만 구조

  • 컴퓨터의 하드웨어는 폰 노이만 구조로 되어있다. (제안한 학술자 이름임)

    • 메인보드 안에 CPU / 메모리 어쩌고

CPU

  1. CPU의 구조

    1. 산술논리 연산장치

    2. 제어장치

    3. 레지스터

  2. 각 장치의 역할

    1. 산술논리 연산장치

    2. 제어 장치

    3. 레지스터

메모리

  • 메모리는 RAM, ROM으로 구성되어있다.

    • RAM

      • 휘발성 메모리이다.

      • 중요한 정보들?

      • 어떤 위치에 있든지, 불러오는 데에 동일한 읽기 및 저장 속도를 가진다.

    • ROM

      • 비휘발성 메모리이다.

      • 부팅과 관련된 정보들을 저장한다.

컴퓨터의 부팅 과정

  1. ROM 메모리를 불러온다.

  2. 여러개의 OS가 있다면, 선택

  3. OS를 메모리에 올린다. (RAM)

    1. 오류 발생시 부팅 실해

    2. 오류 없으면 정상 작동

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