1. 소개
1.1 운영체제
운영체제(Operating System)란?
– 컴퓨터 하드웨어를 관리하는 프로그램
– 응용 프로그램의 토대를 제공해주는 프로그램
– 사용자와 하드웨어 사이에 중간 매개체 역할 을 해주는 프로그램운영체제 범위에 대한 정의
하드웨어의 종류와 용도가 다양해서 OS의 범위는 모호하게 정의됩니다
정의 1) 운영체제를 구입하였을 때 포함되어 있는 모든 것
정의 2) 항상 수행되고 있는 유일한 프로그램(보통 Kernel 이라고 한다)
대체로 2번 째 정의를 사용함
그림에서 처럼 운영체제는 컴퓨터의 사용자와 컴퓨터 하드웨어 사이에 있기 때문에 운영체제를 바라보는 관점도 두 가지로 분류할 수 있습니다.
1.1.1 사용자 관점
컴퓨터의 용도 에 따라 OS의 설계 방향이 결정 됩니다.
– 개인용 컴퓨터(Home PC user)
– 메인프레임, 미니컴퓨터(Mainframe, minicomputer)
– 워크스테이션(Workstation)
– 휴대용 컴퓨터(Mobile devices)
1.1.2 시스템 관점
- 자원 할당자(resource allocator)
컴퓨터 자원(CPU 시간, 메모리 공간, 파일 저장 공간, 입출력 장치)의 할당은 공정해야 하며 효율적으로 이루어져야 합니다. - 제어 프로그램(control program)
사용자 프로그램의 실행을 감독하여 오류와 컴퓨터 오용을 방지하고 입출력 장치의 제어와 동작을 관리 합니다.
1.1.3 운영체제의 목표
- 사용자에게 편리성 제공
- 컴퓨터 시스템의 효율적 운영
사용자에게 컴퓨터에서 프로그램을 효율적이고 편리하게 실행할 수 있는 환경을 제공 하는 것 입니다!!
1.2 메인프레임 시스템
1.2.1 일괄처리 시스템(1950)
Batch processing system이란 처리속도를 향상 시키기 위해 유사한 요구를 필요로 하는 여러개의 작업을 함께 모아 단일 작업으로 일괄 처리하는 시스템입니다
운영체제는 항상 메모리 에 상주하고, 주 임무는 하나의 작업에서 다음 작업으로 제어를 자동적으로 옮기는 것
작업을 실행하면 끝날 때까지 다른 작업을 못함
기계적 입출력 장치가 전자적 장치의 속도보다 상대적으로 느려 CPU가 종종 쉬는 경우가 발생
직접 접근(direct access)이 가능한 디스크의 도입 : Job scheduling과 multi-programming이 가능하게 됨
1.2.2 다중 프로그램 시스템(1960)
Multi-program system 이란 여러 개의 프로그램을 동시에 메모리에 적재하여 하나의 프로그램이 대기 상태가 되면 그 동안 다른 프로그램을 실행하는 시스템입니다
- 입출력과 프로그램의 실행을 병행으로 수행할 수 있어 CPU의 사용 효율(utilization)이 증가
- 다중 프로그래밍에서 운영체제는 사용자를 대신하여 의사결정을 수행해야 함
– Job scheduling : 디스크에 있는 작업 저장소(Job pool)에서 작업을 선택하여 메모리로 옮기는 것
– CPU scheduling : 실행 중인 작업이 대기 상태가 되었을 때 메모리에 있는 작업 중 하나를 선택하여 CPU에 할당하는 것 - 여러 프로그램이 동시에 메모리에 상주하므로 메모리 관리가 복잡
- Multi programming을 제공하는 일괄처리 시스템은 CPU의 사용 효율은 높였지만 사용자와 컴퓨터 간에 상호작용은 제공하지 못함
1.2.3 시분할 시스템(1960)
시분할(Time sharing) 또는 멀티태스킹(multi-tasking)은 다중 프로그래밍과 달리 정해진 시간이 되면 무조건 다음 순서의 작업을 실행하는 방식 으로 교대하는 시간이 매우 짧아 프로그램이 실행되는 동안 사용자는 컴퓨터와 상호작용이 가능한 시스템입니다
- 사용자와 시스템 간에 직접 상호작용이 가능한 시스템을 대화식 컴퓨터 시스템(inter-active computer system) 이라 하고 이런 시스템은 응답시간(response time)이 짧아야 함
- 여러 사용자가 동시에 컴퓨터를 사용할 수 있음
- 메모리에 적재되어 실행 중인 프로그램을 프로세스(process) 라고 함
- 많은 사용자의 프로그램을 동시에 수행하기 위해서는 주기억장치 의 용량으로는 부족
디스크를 주기억장치의 보조 저장 장치로 활용으로 문제를 해결하며 가장 널리 사용되는 기법으로 가상 메모리(virtual memory) 가 있습니다
1.3 실시간 처리 시스템
Real time processing system 이란 프로세서 작동이나 데이터 흐름에 엄격한 시간 제약이 있을 때 사용되는 방식으로 데이터 처리 요구가 있는 즉시 수행하여 결과를 산출하는 시스템입니다
- 보통 특수 목적용(우주선 운행, 레이더 추적기, 핵물리학 실험, 은행의 온라인 업무)
주의) 실시간과 빠르다는 것은 다른 개념!! - 엄격한 실시간 시스템(hard real-time system) : 중요한 작업이 정해진 시간 내에 완료됨을 보장
- 완화된 실시간 시스템(soft real-time system) : 중요한 작업이 우선순위를 가지지만 엄격하게 정해진 시간 내에 완료됨을 보장하지는 않음
1.4 분산 처리 시스템
Distributed processing system 이란 다중처리 시스템과 마찬가지로 여러 프로세서(컴퓨터)를 사용하지만 밀결합 형태가 아닌 소결합(loosely coupled) 형태로 컴퓨터 버스나 클럭을 공유하지 않고, 네트워크를 통해 통신하여 하나의 작업을 처리하는 시스템입니다
- 네트워크는 사용하는 프로토콜, 망의 크기, 전송 매체에 따라 분류
Ex) 망의 크기 : LAN, MAN, WAN
1.4.1 클라이언트-서버 시스템
- 서버 시스템은 크게 두 가지로 분류
- 계산 서버 시스템(compute-server system)
: 클라이언트로 부터 요청을 받아 그것을 대신 수행해 준 다음에 클라이언트에게 결과를 되돌려 줌 - 파일 서버 시스템(file-server system)
: 클라이언트에게 파일 시스템 인터페이스를 제공, 클라이언트는 이 인터페이스를 통해 파일을 생성, 갱신, 삭제
- 계산 서버 시스템(compute-server system)
1.5 다중처리 시스템
Multi-processing system 이란 여러 개의 CPU와 하나의 주기억장치를 이용하여 여러 개의 프로그램을 동시에 처리하는 방식을 취하는 시스템입니다
- 병렬 시스템(parallel system) 또는 밀결합 시스템(tightly coupled system) 이라고도 함
- 처리율(throughput) : N개의 프로세서를 사용한다고 처리율이 N배 증가하지는 않음
- 경제성 : 여러 개의 단일 프로세서 시스템을 사용하는 것 보다 저렴
- 신뢰성 : 하나의 CPU가 고장나더라도 다른 CPU를 이용하여 업무를 처리할 수 있음
수행되는 하드웨어의 수에 비례하여 서비스를 계속 제공할 수 있는 능력(graceful degradation)
1.6 집단 시스템
Clustered system 이란 병렬 시스템, 분산 시스템과 마찬가지로 다중 CPU를 사용하지만 여러 개의 시스템을 밀결합하여 사용한다는 측면에서 다른 시스템입니다
- 집단화(clustering)의 목적은 높은 가용성
- 대칭형 방식 : 각 컴퓨터는 모두 응용 프로그램을 수행하는 동시에 다른 컴퓨터의 상태를 감시
- 비대칭형 방식: 하나의 컴퓨터는 대기상태로 있고 나머지는 활성화되어 응용 프로그램을 수행
1.7 컴퓨팅 환경
초창기 컴퓨팅 환경은 중앙집중 –> 유선통신 기술의 발달로 분산 컴퓨팅 환경 등장 –> 무선통신 기술의 발달로 이동컴퓨팅(mobile computing) 환경 등장
인터넷의 발달로 현재의 컴퓨팅 환경을 웹 기반 컴퓨팅이라고 함
실시간 운영체제를 각종 기계와 장치에 내장하여 사용하는 컴퓨팅 환경을 임베디드 컴퓨팅(embedded computing) 환경이라고 함
1세대 : 일괄처리 시스템
2세대 : 다중프로그래밍, 다중 처리, 시분할, 실시간 처리 시스템
3세대 : 다중모드
4세대 : 분산 처리 시스템