[운영체제] 운영체제 개요

목차

1. 운영체제의 개요
2. 운영체제의 구성
3. 운영체제의 유형
4. 운영체제의 역사

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1. 운영체제의 개요

:컴퓨터 시스템의 구성

소프트웨어(응용 SW, 시스템 SW), 펌웨어, 하드웨어(CPU, 메모리, 저장장치, 네트워크장치 등)

 

:운영체제의 역할

■ 운영체제

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

 

■ 컴퓨터 시스템의 운영

- 컴퓨터 시스템의 자원을 제어 및 관리

- 응용 프로그램들의 실행을 도와주는 소프트웨어

 

: 컴퓨터 시스템과 운영체제

■ 사용자 지원

- 사용자의 명령을 해석하여 실행

- 사용자와 하드웨어 사이의 매개체 역할 수행

 

■ 운영체제가 없던 초기의 컴퓨터 시스템

 - 응용 프로그램 개발자는 하드웨어 제어 방법을 잘 알아야 함

 - 여러 응용 프로그램이 하드웨어를 공유하는 경우 자원 분할이 어려움

 

■ 운영체제가 하드웨어와 응용 프로그램 사이에 위치

- 하드웨어에 대한 제어는 운영체제만 함

- 응용 프로그램은 운영체제를 통해서만 하드웨어 이용

 

: CPU의 동작 모드

■ 슈퍼바이저 모드(커널 모드)

- 운영체제의 커널이 동작되는 모드

- 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU 명령어 사용가능

 

■ 보호 모드(사용자 모드)

- 응용 프로그램이 동작되는 모드

- 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU 명령어 사용 불가능

 

■ 시스템 호출

- 응용 프로그램이 운영체제에 서비스를 요청하는 메커니즘

시스템 호출 -> 보호 모드에서 슈퍼바이저 모드로 변경 -> 커널 동작 -> 하드웨어 제어

 

: 커널

■ 커널

- 운영체제의 핵심요소

- 응용프로그램과 하드웨어 수준의 처리 사이의 가교 역할

 

- 대표적인 구성 방식 : 일체형 커널, 마이크로 커널

 

■ 일체형 커널(monolithic kernel)

- 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 있음

- ex) UNIX, Linux 운영체제들

 

■ 마이크로 커널(microkernel)

- 운영체제의 대부분의 요소들을 커널 외부로 분리

- 커널 내에는 메모리 관리, 멀티태스킹, 프로세스 간 통신(IPC:Inter-Process Communication) 등 최소한의 요소들만 남김

- 장점 : 새로운 서비스를 추가하여 운영체제를 확장하기 쉬움, 유지보수가 용이하며 안정성이 우수함

- 단점 : 커널 외부 요소들 사이는 IPC를 통해야만 하므로 성능 저하가 발생함

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2. 운영체제의 구성

:운영체제의 구성

■ 컴퓨터 시스템의 자원의 성격에 따라 구분

- 프로세스 관리자

- 메모리 관리자

- 장치 관리자

- 파일 관리자

 

■ 프로세스 관리자

- 프로세스를 생성, 삭제, CPU 할당을 위한 스케줄 결정

- 프로세스의 상태를 관리하며 상태 전이를 처리

 

■ 메모리 관리자

- 메모리(주기억장치) 공간에 대한 요구의 유효성 체크

- 메모리 할당 및 회수

- 메모리 공간 보호

 

■장치 관리자

- 컴퓨터 시스템의 모든 장치를 관리

- 시스템의 장치를 할당, 작동 시작, 반환

 

■ 파일 관리자

- 컴퓨터 시스템의 모든 파일을 관리

- 파일의 접근 제한 관리

- 파일을 열어 자원을 할당하거나 파일을 닫아 자원을 회수

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3. 운영체제의 유형

:운영체제의 유형

■ 응답시간의 속도, 데이터 입력의 방식에 따라 분류

- 일괄처리 운영체제

- 대화형 운영체제

- 실시간 운영체제

- 하이브리드 운영체제

 

■ 일괄처리(batch processing) 운영체제

- 작업을 모아서 처리

- 사용자와 상호작용 없이 순차적으로 실행

- 효율성 평가 : 처리량, 반환시간

* 처리량 : 주어진 시간안에 처리된 작업의 수

* 반환시간 : 작업의 생성 시점부터 종료 시점까지의 소요시간

 

■ 대화형(interactive) 운영체제

- 시분할 운영체제라고도 함

- 일괄처리 운영체제보다 빠르지만 실시간 운영체제보다는 느린 응답시간

- 이용자에게 즉각적인 피드백을 제공

* 응답시간 : 요청한 시점부터 반응이 시작되는 시점까지의 소요시간

 

■ 실시간(real-time) 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(hybrid) 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

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4. 운영체제의 역사

:1940년대와 1950년대

■ 1940년대 : 초기 전자식 디지털 컴퓨터

- 운영체제가 존재하지 않음

- 기계적 스위치에 의해 작동

 

■ 1950년대 : 단순 순차처리 및 단일흐름 일괄처리

- 한 번에 오직 하나의 작업만을 수행

- 최초의 운영체제 등장(IBM 7이용)

 

:1960년대와 1970년대

■ 1960년대 : 멀티프로그래밍

- 멀티프로그래밍, 시분할 처리 개념

- 다중 대화식 사용자 지원

 

■ 1970년대 : 멀티모드 시분할

- 일괄처리, 시분할 처리, 실시간 처리를 지원하는 멀티모드 시분할의 보편화

- 근거리 지역 네트워크(LAN)의 실용화

- 정보보호 및 보안문제의 증대로 암호화의 중요성 대두

 

:1980년대와 1990년대

■ 1980년대 : 분산 네트워크

- 운영체제 기능이 하드웨어 자체에 포함된 펌웨어 개념의 대두

- 2개 이상의 프로세서를 이용하는 멀티프로세서 환경

- 네트워크의 대두와 함께 클라이언트 / 서버 모델 확산

 

■ 1990년대 : 병렬처리 및 분산처리

- 순차처리를 벗어나 분산 및 병렬처리 발전

- 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 강화

- 선점형 멀티태스킹, 멀티쓰레딩, 가상 메모리의 보편화

 

:2000년대와 그 이후

■ 2000년대 이후 : 모바일 및 임베디드 운영체제

- 시스템은 고속화, 고기능화, 경량화 방향으로 발전

- 다양한 통신망의 확대와 개방형 시스템의 발당

- 운영체제는 다양한 기능 지원, 확장성과 호환성 극대화, 사용자 편의성 높임

- 네트워크 기반의 분산 및 병렬 운영체제의 보편화

- 클라우드 환경의 운영체제

- 64비트 CPU에 호환되는 64비트용 운영체제

- PDA, PMP, 스마트폰, 태블릿 등의 모바일 장치 대중화로 모바일 운영체제 보편화

- 가전제품을 위한 임베디드 운영체제의 보편화

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정리하기

- 운영체제는 컴퓨터 시스템의 자원을 관리하고 컴퓨터 프로그램이 동작하기 위한 서비스를 제공하는 시스템 소프트웨어

- 응용프로그램은 하드웨어 자원을 직접 액세스 할 수 없으며, 시스템 호출이라는 절차를 통해 필요한 서비스를 운영체제에 요청해야한다.

- 커널은 응용 프로그램과 하드웨어 수준의 처리 사이의 가교 역할을 하는 운영체제의 핵심 요소로, 대표적인 두 가지로 일체형 커널과 마이크로 커널이 있다.

- 운영체제의 주요 구성 요소에는 프로세스 관리자, 메모리 관리자, 장치 관리자, 파일 관리자가 있따.

- 운영체제의 유형은 크게 일괄처리 운영체제, 대화형 운영체제, 실시간 운영체제, 하이브리드 운영체제로 분류된다.