[OS] 1. 운영체제 개요

운영체제

응용과 컴퓨터 하드웨어 사이에 위치하는 레이어

 

운영체제 역할

• 프로그램의 구동 및 운영을 쉽게 할 수 있도록 함
• 프로그램들이 자원을 공유할 수 있도록 함
• 프로그램들이 디바이스와 interaction을 할 수 있도록 함

 

운영체제와 하드웨어

• CPU : 입력된 데이터를 가지고 code (혹은 프로그램) 실행
• Memory : 디스크로부터/에 코드와 데이터 읽기/쓰기 작업 수행
• Disk(Storage) : 코드와 데이터를 반영구적으로 저장

위 협업에 운영체제가 직접 관여

 

운영체제 설계 목표

 

추상화 (Abstraction)	시스템을 사용 및 관리하기 쉽도록 함
성능 최적화 (Performance)	- 효율성(Efficiency) 제한된 자원하에서 최선의 성능 도출 - 공정성 (Fairness) 특정 프로그램으로의 자원 할당 편중 방지, 자원 사용의 공정성
보호 (Protection)	- 응용간의 할당 메모리 영역 침범 방지 - 특정 응용의 CPU 자원 독점 방지 - 특정 응용의 OS 권한 명령어 실행 방지
기타	보안 (Security) 신뢰성 (Reliability) 에너지 효율성 이동성

컴퓨터 시스템 구조

1) CPU 스케줄링

프로세스에게 CPU 시간 할당

• Throughput(처리량) 최대화
• Fairness 최대화

1. 멀티프로그래밍 / 멀티 태스킹 처리

• 다중 사용자가 하나의 컴퓨터에서 응용처리를 수행하는 경우,
  자원 이용률 최대화 할 수 있도록 CPU 자원을 효율적으로 할당, 관리
• 다중 프로세스가 하나의 컴퓨터 위에서 수행되는 경우 동시에 처리돼야함

2. 시분할(Time-sharing) 처리

• 멀티태스킹 달성하기 위해 사용하는 기법
• 임의의 길이를 가지는 시간 슬롯(Time slot)을 정의해 각 프로세스 혹은 각 스레드에 할당
• 각 프로세스 혹은 각 스레드는 시간 슬록 만큼만 자원 점유
• 할당된 시간이 지나면 점유된 자원은 다른 프로세스 / 스레드에게 사용권이 남겨짐
• 시간 슬롯이 충분히 짧다면 각 프로세스는 자기 혼자 컴퓨터를 사용하는 것과 같은 효과 달성
• 다중 프로세스가 동시에 처리되는 것처럼 간주됨
• CPU와 I/O 장치간의 접근 속도 차이를 이용

 

2) 메모리 관리

• 물리, 가상 메모리 주소 매핑
• 페이징

Virtual memory 관리 방식

• Physical memory 외에 각 프로세스를 위한 Virtual memeory 주소 공간 정의
• OS는 Physical memory와 Virtual memeory 주소 공간 mapping
• 프로세스는 Virtual memory에 가상적으로 적재되고,
  실제 사용되는 부분만 Physical memory에 실적재됨
• Physical memeory에 적재되지 않는 부분은 디스크의 Swap area에 저장

 

3) I/O 관리

I/O는 CPU보다 느리다
  -> I/O처리 위해 프로세스가 대기하는 상황 발생할 수도 있다.
  -> 전체 시스템 저하가 발생할 수도 있다.
  -> 이걸 막기 위해 CPU 이용률(서버 자원 이용률) 최대화하는 효과 달성 위해 I/O 관리 수행

I/O 관리

• 인터럽트를 이용한 I/O 처리 서비스 요청
• 디바이스 컨트롤러가 인터럽트 발생 시 OS는 현 작업 상태 저장
• CPU는 인터럽트 처리 루틴을 수행
• 인터럽트 처리 완료 후 직전 수행중이던 작업을 재개

CPU 이용률 최대화

• CPU의 계산 속도 : 초당 수십억개의 instructions 처리
• I/O 접근 속도 : CPU와 비교해 수천배 이상 느림
• CPU와 I/O 장치의 속도 차이를 고려한 스케줄링 수행