감 1도 없는 개발자

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여행을 꿈꾸는 개발자

운영체제 - 01

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강의

http://www.kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1226304

운영체제 - 개요 1

  • 컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층

  • 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리
  • 자원이란 CPU, 메모리, I/O 장치등을 말한다.
  • 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록 하는 효율성을 냄
  • 특정 사용자/프로그램의 지나친 불이익이 발생하지 않도록 하는 형평성을 관리
  • 사용자 및 운영체제 자신을 보호

1. 운영체제의 기능

  • 운영체제의 핵심인 커널이 메모리에 상주
  • 나머지 프로그램들이 메모리를 차지하며 실행
  • CPU가 매 순간(클럭) 메모리에 위치한 명령어(기계어)를 읽어들여 수행
  • I/O 장치들은 바로 명령을 보내는게 아니라 각자 자기가 가지고 있는 I/O controller(or 메모리)에서 메인 메모리에 명령을 요청. 반대로 I/O 장치에게 요청을 할때도 중간 control하는 장치가 있음.
  • CPU는 어떤 프로그램에게 사용권을 줄까?(==누구 명령을 먼저 처리해줄까?) 판단.
  • 무한정 사용권을 막기위해 CPU 스캐쥴링이 필요
  • 한정된 메모리를 어떻게 쪼개어 쓸지 고민하기 위해 메모리 관리가 필요
  • 디스크에 들어온 요청을 어떤 순서(프로그램 A, B, C가 동시에 요청할 경우) 로 처리할지 고민하기 위해 디스크 스케쥴링이 필요. 쉬운 예시로 엘리베이터.
  • CPU의 속도는 I/O 장치 보다 100만배이상 차이. 이를 극복하기 위해 인터럽트, 캐싱
  • 캐싱은 반복되는 작업을 피하기 위해 같은 요청을 바로 처리 하기 위한 기법
  • I/O장치가 요청받은 작업을 끝마쳤다고 CPU에게 알려주는 신호가 인터럽트

2. 프로세스의 상태

  • CPU는 한 개 이기 때문에 여러 I/O 장치에서 보내는 요청을 큐에 대기

3. CPU 스케쥴링

3.1 FCFS (First Come First Served)

  • 선착순 알고리즘
  • P1은 기다리는 시간 0, P2는 기다리는 시간 24초, P3 기다리는 시간 27초
  • 평균 대기 시간 17

  • P2가 먼저 들어왔다고 가정하면 위의 그림처럼 평균 대기 시간이 줄어듬

3.2 SJF (Shortest-Job-First)

  • 금번 CPU 사용시간이 가장 짧은 프로세스를 제일 먼저 스케쥴
  • 최소 평균 대기 시간을 보장
  • 문제는 형평성
  • 오래 걸리는 요청(프로그램 or 명령)은 결과를 못 받을 수 있음.

3.3 RR (Round Robin)

  • SJF의 문제(형평성)를 해결하기 위한 스케쥴링

  • 할당시간 만큼만 씀
  • 다 쓰면 출력
  • 다 못쓰면 대기큐로 돌아감
  • 어떤 프로세스도 (N-1) X 할당시간 이상 기다리지 않음
    • N은 프로세스 총 개수
    • -1을 하는 이유는 자기 자신 제외

4. 메모리 관리

  • 디스크(파일시스템)은 실행파일들이 저장되어 있는 공간. 비휘발성.

  • 디스크(파일시스템)에서 실행파일을 실행시키기 위해가상메모리에서 프로세스가 실행되어 메모리에 올린다.
  • 이때 메모리가 가득 차면 메모리에 있던 기존의 가상메모리의 실행파일 프로세스가 나가야 한다.
  • 나간 가상메모리의 실행파일 프로세스를 보관해야하는 그 영역을 디스크(스왑영역)이라고 한다.
  • 메모리는 휘발성. 컴퓨터가 꺼지면 날라감
  • 디스크(스왑영역) 또한 휘발성
  • 가상 메모리 또한 휘발성

  • 그렇다면 메모리가 가득 찼을 때 어떤 메모리를 나가라고 할껀가?
  • 앞으로(미래)의 어떤 페이지가 요청 들어올지 예측해야한다. (미래는 알 수 없기 때문에)
  • 문제는 어떻게 어떤 페이지가 요청 올지 예측할 수 있나?

4.1 LRU (가장 오래전에 참조 페이지 삭제)

  • 페이지 1을 삭제
  • 오래되었지만 참조가 가장 많았다는건 앞으로 많이 참조될 수 있다는 가능성을 무시

4.2 LFU (참조 횟수가 가장 적은 페이지 삭제)

  • 페이지 4를 삭제
  • 여기서 문제가 발생. 참조 횟수가 적은 페이지가 최근 들어왔는데 앞으로 참조가 많아질 수 있음.

5. 디스크 스케쥴링

  • 하드디스크(HDD)안에 디스크가 있음. 그 디스크를 말함
  • 디스크의 접근 시간중에 가장 많이 차지하는건 디스크 헤드 이동.
  • 디스크 대기 큐의 순서를 바꾸더라도 헤드 이동을 줄이는 방법이 최고
  • 헤더 이동을 검색하는 것을 탐색 시간(Seek Time)이라고 함
  • 이 탐색시간을 줄이는 것. 이를 디스크 스케쥴링이라고 함

5.1 FCFS (First-Come First-Served)

  • CPU 스캐쥴링의 FCFS랑 같음
  • 효율성 문제

5.2 SSTF (Shortest Seek Time First)

  • FCFS의 효율성 문제는 해결

  • CPU 스케쥴링의 SJF랑 똑같은 문제 형평성(starvation: 기아) 문제 발생

5.3 SCAN

  • 헤드가 디스크의 한쪽 끝에서 다른쪽 끝으로 이동하며 가는 길목에 있는 모든 요청을 처리
  • 다른 한쪽 끝에 도달하면 역방향으로 이동하며 오는 길목에 있는 모든 요청을 처리하며 다시 반대쪽으로 이동

6. 저장장치 계층구조와 캐싱

  • CPU 와 메모리들 간의 구조
  • CPU안에 레지스터(기계어를 전달), 캐쉬메모리, 메인메모리(D램)이 있음
  • 캐쉬는 레지스터와 메인메모리 사이에서 속도를 완충하기 위한 보조 메모리
  • 그림에서 올라갈수록 빠름. 내려갈수록 느림
  • 그림에서 올라갈수록 비쌈. 내려갈수록 쌈
  • 그림에서 올라갈수록 용량이 작음. 내려갈수록 큼
  • Primary는 휘발성, Secondary는 비휘발성
  • 그림에서 CPU가 Primary에 직접 접근 가능. Secondary는 불가능
  • 따라서 Secondary에 접근하기 위해서는 CPU 위에 올려놓고 접근해야함
  • 실행하기 위해서는 primary로 올려야하고, 저장하기 위해서는 Secondary로 내려야함.
  • 문제는 올라갈수록 메모리가 한도가 있으므로 많은 요청을 처리하기 위해 이전에 어떤 요청들을 처내야하는가?

플래시 메모리

  • NAND형(스토리지), NOR형(임베디드 코드저장용)
  • 요즘은 다 NANA형
  • 특징 (하드디스크에 비해)
    1. 저전력
    2. 충격에 강함
    3. 작은 사이즈
    4. 가벼움
    5. 전원이 나가도 메모리에 남음
  • 모바일 저장장치로 시작
  • 요즘은 데이터센터에서 사용하기 위해 확장되어 가는중
  • 단점은 쓰기 횟수가 제약. (즉 많이 쓰면 망가짐)
  • 또한 시간이 지나면 데이터가 변질됨(전하를 통해 0,1을 읽어드리는데 시간이 지나면 전하의 양이 빠져나가기 때문에)
  • 이를 위해 소프트웨어를 통해서 보완해야함

운영체제의 개요 - 2

1. 운영체제란 무엇인가?

  • 운영체제의 핵심인 커널이 메모리에 상주하는 부분 (좁은 의미)
  • 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념(넓은 의미)

2. 운영체제의 목적

  • 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리
  • 자원은 HW, SW 모두 포함한 의미
  • 무조건 효율이 아닌 형평성도 고려

3. 운영체제의 분류

3.1 동시 작업 가능 여부

3.1.1 단일 작업
  • 한 번에 하나의 작업만 처리
3.1.2 다중 작업
  • 동시에 두 개 이상의 작업 처리
  • 요즘은 모두 다중 작업

3.2 사용자 수

3.2.1 단일 사용자
  • ex) MS Windows
3.2.2 다중 사용자
  • ex) UNIX

3.3 처리방식

3.3.1 일괄 처리
  • 작업 요청의 일정량 모아서 한꺼번에 처리
  • 작업이 완전 종료될 때까지 기다려야 함
  • 요즘은 거의 안쓰임
3.3.2 시분할(Time sharing)
  • 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
  • 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐
  • interactive한 방식
  • 우리가 보통 쓰는 컴퓨터의 방식 (범용 컴퓨터)
3.3.3 실시간
  • 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템
  • ex) 원자로/ 공장제어, 미사일 제어 등
멀티프로세서 : 하나의 컴퓨터에 CPU가 여러 개 붙어 있음을 의미. 우리가 보통 쓰는 건 멀티프로세서이지만 강의에서 가르치는 건 초기의 1개의 CPU가 있다는 가정으로 배움

4. 운영 체제의 예

4.1 유닉스

  • C언어로 작성
  • 높은 이식성
  • 최소한의 커널 구조
  • 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
  • 소스 코드 공개
  • 프로그램 개발에 용이
  • 다양한 버전 : Solaris, Linux 등
  • 대용량 서버, 다수의 동시 사용을 위해 만듬

4.2 DOS

  • MS 사에서 1981년에 일괄, 단일 사용자를 위해 만듬
  • 이제는 안씀…

4.3 MS Windows

4.4. Handeld device를 위한 OS

  • Android, IOS

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