운영체제 교안 Chap01

Chapter 1 

Introduction

 

📌 What is an Operating System? (운영체제란?)

 - 컴퓨터 사용자와 컴퓨터 H/W간의 H/W간의 중개자 역할을 하는프로그램 (운영체제 = O.S = SW) 

 - H/W는 "raw computing power"를 제공하며, OS는 이 파워를 사용자가 편리하게 사용할 수 있게함

 

우리는 Window(OS)를 쓰려고 컴퓨터를 사지 않음! 한글이나 워드 등의 응용 프로그램을 쓰려고 삼!

 

📌 킬러 애플리케이션(Killer application)

: 주로 컴퓨터 프로그래밍 소프트웨어 제품 중에 그 인기나 유용성이 아주 높아서 그 제품을 사용하기 위해서 필요한 하드웨어나 운영체제 등의 플랫폼까지도 구매하게 만들 정도로 인기와 수요가 높은 응용 프로그램 제품을 말한다.

 

📌 운영체제의 목표

1) 컴퓨터 시스템을 편리하게 이용 

2) 컴퓨터 자원을 효율적으로 관리 >> 속도 빠르면 효율 높은 것. 자원/속도 Trade Off(한쪽 강/ 한쪽약)

 

📌 운영체제의 역할

1) 자원 할당 (Resource allocator) 

: 리소스 관리 및 할당 (자원 나누어줌!)

2) 응용 프로그램 컨트롤러 (Application controller)

: 사용자 프로그램 실행 및 I/O 장치 작동 제어 (각자 영역에서 동작할 수 있게 함!)

 

📌 컴퓨터 시스템 구성요소
1) Hardware

- 중앙 처리 장치(CPU), 메모리 및 입출력(I/O) 장치로 구성되어, 기본 계산용 자원을 제공함

2) OS(Operating system)

- 다양한 사용자를 위해 다양한 응용 프로그램 간 하드웨어 사용을 제어하고 조정

- 필요악, 커지면 안됨 = CPU 많이 차지하면 안됨 >> 원하는 프로그램(Application programs)이 차지해야함

3) 응용 프로그램

– 사용자의 계산 문제를 해결하기 위해 시스템 리소스가 사용되는 방법 정의

- 보통의 주된 목적, But 이것만으로 Hardware 조정 불가

- ex. (컴파일러, 데이터베이스 시스템, 비디오 게임, 비즈니스 프로그램)

4) 사용자 - 컴퓨터를 사용하는 사람, 기계 혹은 다른 컴퓨터들을 의미

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*PPT 9P. Image 참고

📌 Shell(껍데기)이란? 

: 사용자가 컴퓨터 운영체제를 쓰기위한 컴퓨터 인터페이스를 제공해주는 프로그램 ,사용자-운영체제간 대화를 가능하게하는 명령어 해석기

• 사용자(명령) -> 쉘(해석) -> 커널(명령 수행 후 결과 전송) -> 쉘(해석) -> 사용자(결과 확인)
• 외부 응용 프로그램이 컴퓨터 하드웨어에 직접 접근하지 못해서 운영체제에 요청 (User>Program>OS) 
• 운영체제가 직접 요청을 들어줄 때, 쉘 프로그램을 이용하여 인터페이스를 제공 
• Shell을 운영체제의 일부로 볼수도 있고 별개로 볼수도 있음 
• ex.명령어를 받아 실행시키는 것은 Shell 프로그램 

 

📌 Kernel이란? (OS로 간주 가능)

: OS의 핵심!

- 소프트웨어와 하드웨어간의 커뮤니케이션을 관리하는 프로그램

- 운영체제 프로그램들 중 항상 main memory에 load 되어있는 핵심부분 

- 입출력을 관리하고 소프트웨어로부터의 요청을 컴퓨터에 있는 하드웨어(CPU, 메모리, 저장장치등)가 처리 할 수 있도록 요청을 변환

- 하드웨어를 관리하고 필요한 프로세스를 나눠주는 등 여러 시스템 자원을 제어

 

📌 Batch Systems (일괄 처리, CPU 쉼) - 쌓아두고 하나씩 처리, 하나의 작업이 끝나기 전까지는 다른 작업을 할 수 없다!

: 초창기 컴퓨터 유형 (대형 컴퓨터, 수행작업 준비-펀치카드, 일괄처리)

- 일괄 처리란 최종 사용자의 개입 없이 또는 실행을 스케줄링할 수 있는 작업의 실행을 의미한다. 컴퓨터 프로그램 흐름에 따라 순차적으로 자료를 처리하는 방식이다. -> 한번에 하나의 작업만 처리 가능!!!★

• ★ 문제점: CPU 속도 >> I/O device 속도, I/O 작업 시 CPU가 쉬게 됨   ex. 입력 시 커서 깜빡일 때 CPU 쉼

Batch

 

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↓↓↓ (Batch 문제점 해결 위해 Multi 사용)

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📌 Multi-programmed Batch System (CPU 쉬지 않고 사용)

: 여러 작업을 대기시켜놓고 한 작업이 CPU를 쉬게 만들 때 다른 작업 수행

: 메인메모리에 동시에 프로그램을 올림 

: Batch System이기때문에 순서는 지킴. But 입출력 시 잠시 멈추고 다음 순서 진행

 

★ 사용 조건 ★

1. 시스템은 I/O 루틴을 제공한다.
2. 시스템은 여러 작업에 메모리 할당한다.
3. 시스템은 실행가능한 여러 작업 중 어떤 작업을 실행할지 결정한다.

Multi

📌 Time-Sharing Systems (시분할 시스템)

 - 짧은 시간 간격으로 CPU를 각 Process에 할당하여 마치 여러 Process들이 동시에 CPU를 할당받아 동작하는 것처럼 만듦

 - 시분할 운영 체제는 CPU 스케줄링과 다중 프로그래밍을 이용해서 각 사용자들에게 컴퓨터 자원을 시간적으로 분할하여 사용

 - 다중 사용자, 대화식 작업환경에 적합 

 

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시분할 시스템은 여러개의 프로세스들을 동작시키는데 다중 프로세스를

동작시키는데 주기억장치는 한계가 있다. 그렇기 때문에 Viirtual Memory, 가상 메모리를 사용한다.

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📌 Virtual Memory (가상 메모리) 

- 필요 부분만 main(physical) 메모리에 올려 실제 메모리에 올리는 프로세스 크기 최소화 (나머진 hard disk)

• 다중 Process를 동작시키는데 주기억장치(M.M)는 한계가 있어 이를 해결하는 방법

• Swapping이란? : Swap in - 메인메모리에 올라가는 것 / Swap out - 메인메모리에서 Secondary 영역으로 쫒겨나는 것

 

📌 Personal Computer Systems (개인용 컴퓨터 시스템)

• 단일 사용자 전용 컴퓨터 시스템
• I/O 장치; 키보드, 마우스, 디스플레이 화면, 소형 프린터
• 사용자 편의성 및 응답성
• 여러 유형의 운영 체제(Windows, MacOS, UNIX, Linux) 실행 가능

  * 성능 : 메인프레임 > 워크스테이션 > = PC 서버 > 일반 PC

 

📌 Parallel Systems (병렬 시스템)

: 두 개 이상의 CPU를 긴밀하게 통신하는 멀티프로세서 시스템

– Tightly Coupled System으로도 불림. why? 프로세서는 자원과 Clock을 공유하기 때문.

 >> 통신은 일반적으로 공유 메모리를 통해 이루어진다.

 

* 장점

– 효율(처리량) 증가

– 명제성이 높음

– 신뢰성(reliability) 향상

• 정상적인 성능 저하
• 페일 소프트(fail-soft) 시스템: 컴퓨터 시스템 또는 데이터 통신 시스템에서 고장과 결함이 발생하였을 때, 가능한 한 고장의 영향을 최소로 하며 시스템이 계속적으로 작동할 수 있도록 하는 작업.

📌  Parallel System 2가지 구조

1. Symmetric multiprocessing (SMP) (대칭형 다중 처리)

: 대칭 구조로써 두 개 또는 그 이상의 프로세스들이 CPU 통제에 따라 작업 수행

– 각 프로세서가 실행 & 동일한 운영 체제 복사본

– 성능 저하 없이 많은 프로세스를 한 번에 실행 가능

– 대부분의 최신 운영 체제는 SMP를 지원

SMP

2. Asymmetric multiprocessing (ASMP) (비대칭형 다중 처리)

: 비대칭 구조로써 대치 구조와는 다르게 Master CPU를 두고 그 아래에 여러 개의 Slave CPU를 두어 Master CPU가 Slave CPU에게 작업을 할당하는 방식 , 큰 시스템에서 잘사용됨

ASMP

📌 Real-time Systems

: 단말기나 제어 대상으로부터 처리를 요구하는 자료가 발생할 때마다 즉시 처리하여 그 결과를 출력하거나 요구에 대하여 응답하는 방식

- 전용 애플리케이션에서 제어장치로 자주사용됨, 시간 제약있음

- 예시 : 발전소, 제어 과학 실험, 의료 영상 시스템, 산업 제어 시스템, 일부 디스플레이 시스템

 

★ 2가지 타입 ★

• Hard real-time : 중요한 task가 정해진 시간에 완료될 것을 보장
• Soft real-time : 중요한 task가 다른 task보다 우선순위 유지할 것 보장  ex. window

** Parallel vs Distribute 비교 >> 병렬은 CPU가 여러개, 분산처리는 독자적인 컴퓨터 시스템이 여러개

 

📌 Distributed Systems

: 여러개의 개별적인 프로세스를 이용하여 네트워크를 구성, 이를 이용해 작업 처리하는 구조 > 작업을 각각 나누어(분산) 처리함

- Parallel System과 비교하여 Loosely Coupled System이라고 하는데, 공유 메모리로 연결되어있는 것에 비해 네트워크를 통해 연결되었기 때문이다.

- 각 프로세스는 자체 로컬 메모리를 가짐; 프로세스는 다양한 통신 라인을 통해 서로 소통한다. ex. high-speed bus or telephone line

- LAN or WAN

- 클라이언트-서버 or peer-to-peer

 

★ 대표적 예시 SETI@HOME

: SETI 프로젝트는 우주로부터 날아오는 방대한 양의 전파정보를 분석/처리하기 위하여 독립된 슈퍼 컴퓨터를 사용하기 보다 네트워크를 통해 전세계의 개인용 컴퓨터를 이용한다. 200만대가 넘게 참여중인 이 프로젝트는 굉장히 빠르게 정보처리가 가능하다.

 

📌 Distributed Systems 장점

• 자원 공유
• 계산 속도 증가(작업량 공유)
• 신뢰성 향상

 

질문! 

실습실의 컴퓨터를 같이 묶어서 일을 시키면 병렬 처리인가? 분산처리인가?

>> 분산처리임! 각각 독자적인 컴퓨터 시스템이기 때문이다.