💻 운영체제 시작

❗ 운영체제를 알아야하는 이유

운영체제란 🔍

• 시스템 자원 (자원)
  • 프로그램 실행에 마땅히 필요한 요소들
  • CPU, 메모리, 보조기억장치, 입출력장치 등과 같은 컴퓨터 부품들
• 운영체제
  • 실행할 프로그램에 필요한 자원을 할당하고 프로그램이 올바르게 실행되도록 돕는 특별한 프로그램
  • 인터넷 브라우저, 게임과 같은 프로그램
  • 운영체제는 매우 특별한 프로그램이기 때문에 항상 컴퓨터가 부팅될 때 메모리 내 커널영역 이라는 공간에 따로 적재되어 실행
  • 사용자 영역
    • 커널 영역을 제외한 나머지 영역
    • 사용자가 이용하는 응용 프로그램이 적재되는 영역
  • 운영체제는 커널 영역에 적재되어 사용자 영역에 적재된 프로그램에 자원을 할당하고 이들이 올바르게 실행되도록 도움
  • 최대한 공정하게 여러 프로그램에 CPU 자원 할당
  • 응용 프로그램과 하드웨어 사이에서 응용프로그램에 필요한 자원을 할당하고 응용 프로그램이 올바르게 실행되도록 관리하는 역할

운영체제를 알아야하는 이유

• 운영체제에는 현재 하드웨어의 상태는 어떤지, 코드가 어떻게 실행되는지, 하드웨어 상에 어떤 문제가 있었는지 알려주고 사용자는 문제해결의 실마리를 찾을 수 있음

운영체제의 큰그림

운영체제의 심장, 커널

• 커널
  • 자원에 접근하고 조작하는 기능, 프로그램이 올바르고 안전하게 실행되게 하는 핵심 서비스를 담당하는 부분
• 사용자 인터페이스 (UI)
  • 윈도우의 바탕화면과 같이 사용자가 컴퓨터와 상호작용할 수 있는 통로
  • 그래픽 유저 인터페이스 (GUI)
    • 윈도우 바탕화면이나 스마트폰의 화면처럼 그래픽을 기반으로 컴퓨터와 상호작용할 수 있는 인터페이스
  • 커맨드 라인 인터페이스 (CLI)
    • 명령어를 기반으로 컴퓨터와 상호작용할 수 있는 인터페이스
  • 커널에 속한 기능은 아님

이중 모드와 시스템 호출

• 이중모드
  • CPU가 명령어를 실행하는 모드를 크게 사용자 모드와 커널 모드로 구분하는 방식
  • 사용자 모드
    • 운영체제 서비스를 제공받을 수 없는 모드
    • 커널 영역의 코드를 실행할 수 없는 모드
    • 일반적인 응용 프로그램은 기본적으로 사용자 모드로 실행됨
  • 커널 모드
    • 운영체제 서비스를 제공받을 수 있는 실행 모드
    • 커널 영역의 코드를 실행할 수 있는 모드
    • 자원에 접근하는 명령어를 비롯한 모든 명령어를 실행할 수 있음
  • 시스템 호출
    • 사용자 모드로 실행되는 프로그램이 자원에 접근하는 운영체제 서비스를 제공받기 위한 요청
    • 일종의 소프트웨어 인터럽트
      • 소프트웨어 인터럽트 : 인터럽트를 발생시키틑 특정 명령어에 의해 발생하는 것

운영체제의 핵심 서비스

• 프로세스 관리
  • 프로세스 : 실행중인 프로그램
  • 일반적으로 하나의 CPU는 한 번에 하나의 프로세스만 실행할 수 있어서 CPU는 이 프로세스들을 조금씩 번갈아 가며 실행함
  • 여러 프로세스가 동시에 실행되는 환경에서는 ‘프로세스 동기화’ 가 필수적이고 프로세스가 꼼짝 못하고 더이상 실행되지 못하는 상황인 ‘교착상태’를 해결해야 함
• 자원 접근 및 할당
  • 운영체제는 프로세스들이 사용할 자원에 접근하고 조작함으로써 프로세스에 필요한 자원을 할당해줌
  • CPU
    • 일반적으로 메모리에는 여러 프로세스가 적재되고 하나의 CPU는 한 번에 하나의 프로세스만 실행할 수 있음
    • CPU 스케줄링
      • 운영체제가 프로세스들에 공정하게 CPU를 할당하기 위해 어떤 프로세스부터 CPU를 이용 하게 할 것인지, 얼마나 오래 CPU를 이용하게 할지 결정한는 것
  • 메모리
    • 운영체제는 새로운 프로세스가 적재될 때마다 어느 주소에 적재해야 할지 결정해야 함
  • 입출력장치
    • 입출력장치가 하드웨어 인터럽트 요청 신호를 보내면 CPU는 하던 일을 잠시 백업 한 뒤 커널 영역에 있는 인터럽트 서비스 루틴을 실행함
• 파일 시스템 관리
  • 일반적으로 사용자가 여러 파일을 열고, 생성하고, 삭제하고 디렉터리로 묶어 관리하는 파일 시스템도 운영체제가 관리하는 핵심 서비스임

참고 자료
혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제