운영체제의 역할
- 편리성
- 효율성 : HW/SW의 리소스관리
- Process (실행 주체) and Thread Management
- System Management
안전 상의 이유로 사용자가 커널을 직접 조작하게 해서는 안된다. 필요 시에는 OS에 System Call Interface를 사용해서 간접적으로 커널을 조작하도록 한다.
(System Call Interface : 커널이 제공하는 기능들 중에서 사용자가 사용할 수 있는 기능들)
운영체제의 구분
- 동시 사용자 수 (Single or Multi : )
1) 단일 사용자 : 한 명의 사용자만 시스템을사용 가능 (개인용 장비 등)
-> 한명의 사용자가 모든 시스템 자원 독점
-> 윈도우, 도스, 안드로이드 등
-> 자원관리 및 시스템 보호 방식이 간단함
2) 다중 사용자 : '동시'에 여러 사용자들이 시스템 사용
-> 동시에 여러 사용자들이 시스템 사용 : 각종 시스템 자원에 대한 소유권한 관리 필요
-> 기본적으로 Multi-Tasking 기능필요
-> OS의 기능 및 구조가 복잡
-> Unix, Linux 등
- 동시 실행 프로세스 수 (Single-tasking or Multi-tasking)
1) 단일작업 ( Single-tasking system )
-> 시스템 내에 하나의 작업(프로세스)만 존재
-> 운영체제 구조가 간단
ex) MS-DOS 등
2) 다중작업 ( Multi-tasking system )
-> 동시에 여러 작업(프로세스)의 수행 가능 : 작업 사이의 동시 수행, 동기화 등을 관리해야함
-> 운영체제의 기능 및 구조가 복잡
ex) 요즈음의 OS
1. 작업 수행 방식
1) 순차 처리 (운영체제 개념이 존재하지 않던 시기)
- 컴퓨터에 필요한 모든 작업을 프로그램에 포함시킨다. (프로세서에는 명령어 저장 방법, 계산 대상, 결과 저장 위치와 방법, 출력 시점, 위치 등이 다 담겨있다.)
- 각각의 작업에 대한 준비 시간이 소요된다.
2) Batch System
- 모든 시스테을 중앙에서 관리 및 운영
- 사용자의 요청 작업을 일정 시간 모아두었다가 한번에 처리
장점 :
많은 사용자가 시스템 자원 공유
처리 효율(throughput) 향상
단점 :
생산성 저하 : 같은 유형의 작업들이 모이기를 기다려야 함
긴 응답시간
3) Time Sharing Systems
- 여러 사용자가 자원을 동시에 사용 : OS가 파일 시스템 및 가상 메모리 관리
- 사용자 지향적 : 대화형 시스템, 단말기 사용
장점 :
응답시간 단축
생산성 향상 (프로세서 유휴 시간 감소)
단점 :
통신 비용 증가
개인 사용자 체감 속도 저하 (동시 사용자 수 ↑ -> 시스템 부하 ↑ -> (개인 사용자 관점에서 느려짐)
4) Personal Computing
- 개인이 시스템 전체 독점
- CPU 활용률이 고려의 대상 아님 : 얼마나 효율적으로 쓰는 것 보다는 얼마나 편하게 쓰느냐의 관점으로 넘어감
- OS가 상대적으로 단순함
장점 :
빠른 응답시간
단점 :
성능이 낮아짐
5) Parallel Processing System
- 단일 시스템 내에서 둘 이상의 프로세서 사용 : 동시에 둘 이상의 프로세스 지원
- 메모리 등의 자원 공유 (Tightly-coupled System)
- 사용 목적
-> 성능 향상
-> 신뢰성 향상 (하나의 CPU가 고장나도 다른 CPU가 넘겨받아서 전체 시스템은 문제없어진다.)
- 프로세서간 관계 및 역할 관리 필요
Distributed Processing Systems
- 네트워크를 기반으로 구축된 병렬처리 시스템
장점 :
자원 공유를 통한 높은 성능
고신뢰성, 높은 확장성
단점 :
구축 및 관리가 어려움
Real-time Systems
- 작업 처리에 제한 시간(deadline)을 갖는 시스템 : 제한 시간 내에 서비스를 제공하는 것이 자원 활용 효율보다 중요
- 작업의 종류
- Hard real-time task : 시간 제약을 지키지 못하는 경우 시스템에 치명적 영향 (발전소 제어, 무기 제어 등)
- Soft real-time task : 동영상 재생 등
운영체제의 구조
커널(Kernal) :
- OS의 핵심 부분 (메모리 상주)
가장 빈번하게 사용되는 기능들을 담당 (시스템 관리 등)
동의어 : 핵(neucleus), 관리자(supervisor program), 상주 프로그램(resident program), 제어 프로그램(control program) 등
유틸리티(Utility)
- 비상주 프로그램, UI 등 서비스 프로그램
단일 구조
장점 :
커널 내 모듈간 직접 통신 : 효율적 자원 관리 및 사용
단점 :
커널의 거대화
-> 오류 및 버그, 추가 기능 구현 등 유지보수가 어려움
-> 동일 메모리에 모든 기능이 있어, 한 모듈의 문제가 전체 시스템에 영향을 줌 (악성 코드 등)
마이크로 커널 구조
- 커널의 구조 최소화
-> 필수 기능만 포함
-> 기타 기능은 사용자 영역에서 수행
계층 구조
장점 :
모듈화 : 계층간 검증 및 수정 용의
설계 및 구현의 단순화
단점 :
단일구조 대비 성능 저하 : 원하는 기능 수행을 위해 여러 계층을 거쳐야 함
운영체제의 기능
Process Management
프로세스 (Process)
- 커널에 등록된 실행 단위 (실행 중인 프로그램)
- 사용자 요청/프로그램의 수행 주체(entity)
OS의 프로세스 관리 기능
- 생성/삭제, 상태관리
- 자원 할당
- 프로세스 간 통신 및 동기화(synchronization)
- 교착상태(deadlock) 해결
프로세스 정보 관리
- PCB (Process Control Bloc)
중앙처리장치(CPU)
- 프로그램을 실행하는 핵심 자원
프로세스 스케줄링(Scheduling)
- 시스템 내의 프로세스 처리 순서 결정
프로세서 할당 관리
- 프로세스들에 대한 프로세서 할당 : 한 번에 하나의 프로세스만 사용 가능
주기억장치
- 작업을 위한 프로그램 및 데이터를 올려 놓는 공간
-Multi-user, Multi-tasking 시스템
- 프로세스에 대한 메모리 할당 및 회수
- 메로리 여유 공간 관리
- 각 프로세스의 할당 메모리 영역 접근 보호
메모리 할당 방법 (scheme)
- 전체 적재
장점 :
구현이 간단
단점 :
제한적 공간
- 일부 적재
프로그램 및 데이터의 일부만 적재
장점 :
메모리의 효율적 활용
단점 :
보조기억 장치 접근 필요
(파일 : 논리적 데이터 저장 단위)
- 사용자 및 시스템의 파일 관리
- 디렉토리 구조 지원
- 파일 관리 기능
I/O Management
입출력(I/O) 과정
'Pintos Project > 이론 공부' 카테고리의 다른 글
| [PintOS, Project3] Virtual Memory - Paging System (0) | 2021.02.18 |
|---|---|
| Lecture 5 : Process Scheduling (0) | 2021.01.30 |
| Lecture 4 : 스레드 관리 (Thread Management) (0) | 2021.01.29 |
| Lecture 3 : 프로세스 관리 (0) | 2021.01.29 |
| Lecture1 : 운영체제 강의 (0) | 2021.01.28 |
댓글