운영체제

운영체제에 대해 학습한 내용을 정리한 글입니다.

 

운영체제(OS, Operating System)는 컴퓨터 하드웨어와 사용자 간의 인터페이스로 기능하는 소프트웨어입니다. 컴퓨터 시스템의 가장 기본적인 소프트웨어로서, 시스템 리소스 관리, 파일 관리, 사용자 인터페이스 제공, 그리고 응용 프로그램을 실행하는 데 필요한 기본적인 서비스를 제공합니다.

운영체제의 기능과 역할

1. 리소스 관리: 운영체제의 가장 중요한 기능 중 하나는 컴퓨터 리소스(하드웨어)의 관리입니다. 이는 CPU, 메모리, 디스크 공간, 프린터 등의 자원을 효율적으로 할당하고 관리합니다.
2. 파일 시스템 관리: 운영체제는 파일 시스템을 통해 데이터를 저장하고 접근합니다. 사용자와 프로그램이 파일을 쉽게 저장, 찾기, 이동, 복사할 수 있도록 관리합니다.
3. 사용자 인터페이스 제공: GUI(Graphical User Interface) 또는 CLI(Command Line Interface)를 제공하여 사용자가 컴퓨터와 상호작용할 수 있는 방법을 제공합니다.
4. 프로세스 관리: 운영체제는 실행 중인 모든 프로세스를 관리합니다. 이는 멀티태스킹, 프로세스 사이의 우선 순위 설정, CPU 시간 할당 등을 포함합니다.
5. 네트워크 관리: 네트워크를 통한 데이터의 교환과 관리를 담당합니다. 여기에는 데이터 전송, 네트워크 보안 및 연결 관리가 포함됩니다.
6. 보안: 운영체제는 시스템 보안을 유지하는 데 필수적인 역할을 합니다. 이는 무단 접근 방지, 데이터 암호화, 바이러스로부터 보호하는 것을 포함합니다.

 

대표적인 운영체제 예시

• Windows: 가장 널리 사용되는 개인용 컴퓨터 운영체제 중 하나입니다. 사용자 친화적인 인터페이스와 광범위한 응용 프로그램 지원이 특징입니다.
• macOS: Apple의 Mac 컴퓨터에서 사용되는 운영체제로, 안정성과 사용자 인터페이스 디자인으로 잘 알려져 있습니다.
• Linux: 오픈 소스 운영체제로, 서버와 클라우드 컴퓨팅 환경에서 널리 사용됩니다. 사용자가 시스템을 맞춤 설정할 수 있는 유연성을 제공합니다.
• UNIX: 대규모 서버 시스템과 워크스테이션에서 주로 사용됩니다. 안정성과 멀티 사용자 지원이 특징입니다.

운영체제는 컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어의 다리 역할을 하면서, 모든 컴퓨팅 활동의 기초를 형성합니다.

위 운영체제중 Linux의 특징에 대해 알아보겠습니다.

 

 

Linux의 특징

1. 오픈 소스: Linux는 오픈 소스 운영체제입니다. 이는 소스 코드가 공개되어 있어 누구나 수정, 배포, 사용할 수 있다는 것을 의미합니다. 이로 인해 사용자는 시스템을 자신의 필요에 맞게 맞춤 설정할 수 있습니다.
2. 유연성과 맞춤화: Linux는 매우 유연하며, 사용자가 시스템을 자신의 요구에 맞게 맞춤 설정할 수 있습니다. 다양한 배포판이 있으며, 각 배포판은 다른 환경과 요구 사항에 맞게 설계되었습니다.
3. 무료 사용 가능: 대부분의 Linux 배포판은 무료로 사용할 수 있습니다. 이는 비용 효율적인 선택을 가능하게 하며, 개인 사용자와 기업 모두에게 매력적입니다.
4. 커뮤니티 지원: 활발한 커뮤니티와 지속적인 개발 덕분에 Linux는 지원과 업데이트가 끊임없이 이루어집니다. 사용자들은 다양한 포럼, 문서, 그리고 온라인 자료를 통해 도움을 받을 수 있습니다.
5. 다양한 활용 가능성: 서버 운영, 프로그래밍, 데이터베이스 관리 등 다양한 분야에서 Linux를 활용할 수 있습니다. 

 

운영체제의 작동 방식

운영체제는 사용자가 이용하는 응용프로그램이 적재되는 사용자 영역 이외에 특별한 영역에서 관리합니다.

이를 커널 이라고 하는데, 컴퓨터가 부팅 될 때 항상 커널에 따로 적재되어 실행됩니다.

 

커널에 올라온 운영체제는 본격적으로 응용프로그램들을 로드하고 관리할 준비를 합니다.

각 응용 프로그램에 메모리를 얼마나 할당할 것인지 cpu자원은 얼마나 할당 해줄 것인지 이를 관리하고 제어합니다.

 

커널

위에서 커널에 대해 이야기 했는데, 커널은 하드웨어와 운영체제의 프로세스를 잇는 인터페이스 입니다.커널은 운영체제를 통해서만 접근 할 수 있습니다. 하드웨어를 제어하는건 위험(?)하고 엄격해야 하기 때문에 반드시 운영체제를 통해 접근 하도록 대부분의 운영체제가 이를 제한하고 있습니다.

 

커널에는 응용체제의 접근을 제어하기 위한 두가지 모드가 있습니다.

• 사용자모드
• 커널모드

 

요청 종류에 따라 이 모드가 계속 변하지만, 우선 사용자 모드로 운영체제가 대기하고 있다고 가정하고 설명 하겠습니다.

응용 소프트 웨어가 특정 요청을 보내면 아래와 같은 흐름으로 진행됩니다.

1. 응용 소프트 웨어에서 하드웨어 제어 요청을 보냄 ( Job1 )
2. 사용자 모드로 대기하던 운영체제에서 요청을 받음
3. 시스템 콜 발생 ( System call )
4. 커널 모드로 변환
5. 요청 처리
6. 유저 모드로 변환 ( Job1 Waiting )

처리가 완료되면 사용자 모드에 있던 Job은 다시 Waiting 상태로 변합니다.

그런데 위 흐름대로 작업을 진행하던 중 키보드 혹은 마우스가 눌리면 어떻게 처리될까요?

 

키보드, 마우스는 하드웨어 제어 부분에서도 상당히 중요한 부분입니다.

그래서인지 운영체제에는 인터럽트라는 시스템 콜이 존재합니다.

 

현재 무슨 작업을 진행중이던지 해당 작업을 멈추고 키보드, 마우스 입력을 위 흐름대로 처리합니다.

그런데 멈춘다는 느낌이 들지 않을까 고민을 해보았습니다.

 

 

답은 간단했습니다.

"빨라서"

 

거추장스러운 이유가 있는게 아니였습니다.

그냥 말도안되게 빠른 속도로 처리되고 있어서 사용자는 멈췄다는 느낌 조차 받지 못했던 것 이였습니다.

 

글을 쓰는 이 순간에도 인터럽트 시스템콜은 쉴새 없이 발생하고 있습니다.

 

 

 

마치며

그동안 공부한 내용을 그 순간에 이해했다고 생각하고 넘겼는데, 이를 글로 정리해보니 생각보다 남아있는게 없는 느낌 이였습니다.

앞으로 이런 내용을 다시 머릿속에서 꺼내는 과정을 거쳐 실제로 이해했는지 검증하는 과정을 거쳐야 겠습니다.

또한 조금 더 심도 있게 공부하여 기초를 탄탄히 하여야 겠다는 생각이 듭니다.