운영체제(Operating System)

하드웨어를 관리하고, 컴퓨터 시스템의 자원들을 효율적으로 관리하며, 응용 프로그램과 하드웨어 간의 인터페이스로써 다른 응용 프로그램이 유용한 작업을 할 수 있도록 환경을 제공해준다. 즉, 운영체제는 사용자가 컴퓨터를 편리하고 효과적으로 사용할 수 있도록 환경을 제공하는 시스템 소프트웨어다.

 

역할

사용자를 위한 역할

운영체제는 사용자에게 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 인터페이스를 제공한다. CUI와 CLI가 대표적인 예시이다.

 

하드웨어를 위한 역할

운영체제의 가장 핵심적인 기능은 각종 하드웨어를 관리하는 일이다. 이에 운영체제를 resource manager라고도 부른다. 

 

1. 프로세스 관리

운영체제에서 작동하는 응용 프로그램을 관리하는 기능이다. 어떤 의미에서는 프로세서(CPU) 관리하는 것이라고 볼 수도 있다. 현재 CPU를 점유해야 할 프로세스를 결정하고, 실제로 CPU를 프로세스에 할당하며, 이 프로세스 간 공유 자원 접근과 통신 등을 관리하게 된다.

 

2. 저장장치 관리

 

1차 저장장치(Main Memory)

• 프로세스에 할당하는 메모리 영역의 할당과 해제
• 각 메모리 영역 간의 침범 방지
• 메인 메모리의 효율적 활용을 위한 가상 메모리 기능

2차 저장장치(HDD, NAND Flash Memory 등)

• 파일 형식의 데이터 저장
• 이런 파일 데이터 관리를 위한 파일 시스템을 OS에서 관리
• FAT< NTFS, EXT2, JFS, XFS 등 많은 파일 시스템들이 개발되어 사용 중

3. 네트워킹

네트워킹은 컴퓨터 활용의 핵심과도 같아졌다. TCP/IP 기반의 인터넷에 연결하거나, 응용 프로그램이 네트워크를 사용하려면 운영체제에서 네트워크 프로토콜을 지원해야 한다. 현재 상용 OS들은 다양하고 많은 네트워크 프로토콜을 지원한다.이처럼 운영체제는 사용자와 컴퓨터 하드웨어 사이에 위치해서, 하드웨어를 운영 및 관리하고 명령어를 제어하여 응용 프로그램 및 하드웨어를 소프트웨어적으로 제어 및 관리를 해야한다.

 

4. 사용자 관리

운영체제는 한 컴퓨터를 여러 사람이 사용하는 환경도 지원해야 한다. 가족들이 각자의 계정을 만들어 PC를 사용한다면,이는 하나의 컴퓨터를 여러 명이 사용한다고 말할 수 있다. 따라서, 운영체제는 각 계정을 관리할 수 있는 기능이 필요하다. 사용자 별로 프라이버시와 보안을 위해 개인 파일에 대해선 다른 사용자가 접근할 수 없도록 해야 한다. 이 밖에도 파일이나 시스템 자원에 접근 권한을 지정할 수 있도록 지원하는 것이 사용자 관리 기능이다.

 

5. 디바이스 드라이버

운영체제는 시스템의 자원, 하드웨어를 관리한다. 시스템에는 여러 하드웨어가 붙어있는데, 이들을 운영체제에서 인식하고 관리하게 만들어 응용 프로그램이 하드웨어를 사용할 수 있게 만들어야 한다. 따라서, 운영체제 안에 하드웨어를 추상화 해주는 계층이 필요하다. 이 계층이 바로 디바이스 드라이버라고 불린다. 하드웨어의 종류가 많은 만큼, 운영체제 내부의 디바이스 드라이버도 많이 존재한다. 이러한 수많은 디바이스 드라이버들을 관리하는 기능 또한 운영체제가 맡고 있다.

 

운영체제 구조

운영체제처럼 큰 규모의 프로그램이 메모리에 모두 올라간다면 한정된 메모리 공간의 낭비가 심하게 된다. 따라서 항상 필요한 부분만을 컴퓨터 전원이 켜짐과 동시에 메모리에 올려놓고 그렇지 않은 부분은 필요할 때만 메모리에 올리게 된다. 이 때 메모리에 항상 상주하는 운영체제의 부분을 커널(kernal)이라고 한다. 커널은 운영체제 코드 중에서도 가장 핵심적인 부분이고 커널 자체를 좁은 의미에서의 운영체제라고 부르기도 한다. 반면 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티(파일 복사 기능 등)를 포함한 개념이 커다란 의미에서의 운영체제이다.

크게 인터페이스와 커널로 나눌 수 있다.

 

인터페이스

사용자는 커널에 직접 접근할 수 없기 때문에 운영체제가 제공하는 인터페이스를 사용해 커널에 명령을 내려야 한다. 사용자와 애플리케이션은 인터페이스를 통해 커널에 명령을 전달하고, 인터페이스를 통해 실행결과를 전달받는다. 운영체제가 제공하는 대표적인 인터페이스가 GUI, CLI가 있다.

 

커널

커널의 경우 프로세스, 메모리, 저장장치를 관리하는 핵심적인 기능을 한다. 또한 커널에는 시스템 호출(System Call)과 드라이버라는 것이 있다.

 

1) 시스템 호출(System Call)

커널이 자신을 보호하기 위해 만든 인터페이스이다. 애플리케이션이 직접 하드웨어 자원에 접근하거나 수정하려 할 때 실수를 막기 위해 시스템 콜이라는 시스템 자원 사용과 관련된 함수를 제공한다. write(), read(), printf() 같은 것들이 그 예다. 즉, 애플리케이션이 하드웨어에 접근해야하거나 운영체제가 제공하는 서비스를 이용하기 위해서는 커널 함수를 호출하는 시스템 콜을 사용해야 한다. 또한 시스템 콜을 제공함으로써 운영체제는 컴퓨터 자원을 보호하게 된다.

 

2) 드라이브

커널과 하드웨어의 인터페이스를 드라이버라고 한다. 보통 커널은 입출력의 기본적인 부분만 제작하여 마우스, 키보드 같은 하드웨어는 꽂기만 해도 보통 작동하게 된다. 하지만 복잡한 하드웨어의 경우 하드웨어 제작사가 만든 소프트웨어를 따로 설치하여 사용해야한다. 이때 이 소프트웨어를 디바이스 드라이버라고 한다. 프린터나 스캐너 같은 장비를 구매하면 설치해야하는 디바이스 드라이버라는 프로그램을 본 적 있을 것이다.

출처

https://gyoogle.dev/blog/computer-science/operating-system/Operation%20System.html

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https://kjhoon0330.tistory.com/entry/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9COS-%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9C%EB%9E%80-%EB%AC%B4%EC%97%87%EC%9D%B8%EA%B0%80

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