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운영체제의 목적
- 편의성 (Convenience):
- 운영체제는 사용자가 컴퓨터를 더 쉽고 직관적으로 사용할 수 있도록 돕습니다. 복잡한 하드웨어의 세부 사항을 숨기고, 사용자나 응용 프로그램이 간단한 명령을 통해 복잡한 작업을 수행할 수 있도록 해줍니다.
- 예시: 사용자가 파일을 저장할 때, 운영체제는 파일 시스템을 통해 하드디스크의 실제 저장 위치를 신경 쓰지 않게 합니다.
- 효율성 (Efficiency):
- 운영체제는 시스템 자원을 최대한 효율적으로 관리하여 성능을 극대화합니다. CPU, 메모리, 입출력 장치 등 여러 자원을 관리하여 서로 충돌하지 않고 효율적으로 동작하도록 합니다.
- 예시: CPU가 여러 프로세스에 의해 효율적으로 사용되도록 스케줄링 알고리즘을 통해 CPU 자원을 적절히 배분합니다.
- 발전성 (Evolution):
- 운영체제는 새로운 기술이 등장할 때 이를 유연하게 수용하여 시스템을 확장하고 발전시킬 수 있도록 지원합니다. 이는 새로운 하드웨어나 소프트웨어가 시스템에 추가되더라도 원활하게 통합되도록 하기 위함입니다.
- 예시: 새로운 디바이스 드라이버나 최신 기술을 지원하는 운영체제 업데이트를 통해 시스템을 더욱 효율적으로 사용할 수 있습니다
운영체제가 제공하는 서비스
- 프로그램 개발 (Program Development):
- 개발자가 프로그램을 작성하고, 컴파일 및 실행할 수 있는 환경을 제공합니다. 디버깅과 같은 도구들을 제공하여 개발 과정을 지원합니다.
- 예시: 다양한 개발 툴과 컴파일러가 운영체제에 통합되어 있어 프로그램 개발을 지원합니다.
- 프로그램 실행 (Program Execution):
- 운영체제는 프로그램의 실행을 관리하며, 자원(메모리, CPU, 파일 시스템 등)을 프로그램에 할당합니다. 각 프로그램이 잘 동작할 수 있도록 스케줄링 및 프로세스 관리도 수행합니다.
- 예시: 여러 프로그램이 동시에 실행될 수 있도록 각 프로그램에 CPU 시간을 나눠주는 스케줄러가 작동합니다.
- I/O 장치 접근 (Access to I/O Devices):
- 사용자나 응용 프로그램이 복잡한 하드웨어 인터페이스를 신경 쓰지 않고 쉽게 입출력 장치에 접근할 수 있도록 운영체제가 중간에서 I/O 관리를 합니다. 시스템 호출을 통해 장치에 접근하고 데이터를 처리합니다.
- 예시: 사용자가 프린터 명령을 내리면, 운영체제가 프린터와 통신해 데이터를 전송하고 출력을 처리합니다.
- 파일 시스템 관리 (Controlled Access to Files):
- 운영체제는 파일 시스템을 통해 파일과 디렉토리를 관리합니다. 여러 사용자 또는 프로세스가 동시에 파일에 접근할 수 있으며, 필요한 경우 접근 제어와 권한 관리를 수행합니다.
- 예시: 다수의 사용자가 네트워크를 통해 동시에 파일에 접근하는 환경에서 운영체제가 각 사용자의 권한을 관리하고 파일 충돌을 방지합니다.
- 시스템 접근 제어 (System Access):
- 운영체제는 여러 사용자가 동시에 시스템을 사용할 때, 각 사용자의 작업을 안전하게 보호하고 관리합니다. 다중 사용자 시스템에서는 보안을 강화하고 자원의 충돌을 방지하는 역할을 합니다.
- 예시: 각 사용자가 시스템에 로그인할 때마다 운영체제가 계정과 권한을 관리하고, 사용자가 자신의 데이터를 보호할 수 있도록 도와줍니다.
- 회계 기능 (Accounting):
- 운영체제는 시스템 자원의 사용을 추적하고 기록합니다. 이를 통해 시스템 성능을 분석하거나 각 사용자가 얼마나 많은 자원을 사용하는지 파악할 수 있습니다.
- 예시: 서버 환경에서는 사용자가 자원을 얼마나 사용하는지 파악해 과금하거나 시스템 관리에 활용할 수 있습니다.
- 오류 검출 및 대응 (Error Detection and Response):
- 하드웨어 오류, 소프트웨어 오류, 또는 사용자 오류가 발생했을 때 이를 감지하고 적절히 대응합니다. 이를 통해 시스템의 안정성을 높이고 문제를 최소화할 수 있습니다.
- 예시: 메모리 오류나 디스크 오류가 발생하면, 운영체제가 이를 감지하고 사용자에게 경고 메시지를 표시하거나 해당 프로세스를 중단합니다.
커널 및 호출 시점
- 커널 호출 시점:
- 응용 프로그램이 API 함수를 호출할 때: 사용자 프로그램이 시스템 호출을 통해 하드웨어 자원에 접근할 때 커널이 호출됩니다. 예를 들어, 파일을 열거나 저장하는 작업은 커널을 통해 수행됩니다.
- I/O 장치에서 인터럽트가 발생할 때: 하드웨어 장치에서 입력이나 출력을 요청할 때 인터럽트가 발생하고, 커널이 이를 처리하여 응답합니다.
- 예시: 키보드 입력이 발생하면, 커널이 이를 감지하고 해당 데이터를 CPU로 전달해 프로그램에 전달되도록 합니다
멀티프로그래밍 시스템과 시분할 시스템의 차이점
- 멀티프로그래밍 시스템 (Multiprogramming System):
- 멀티프로그래밍 시스템은 여러 프로그램을 동시에 실행함으로써 CPU 사용률을 극대화하는 시스템입니다. 한 프로그램이 I/O 작업을 대기하는 동안 CPU는 다른 프로그램을 실행합니다.
- 특징:
- CPU가 프로그램을 효율적으로 사용하기 위해 실행 중인 프로그램이 I/O 작업을 요청하면 다른 프로그램으로 전환합니다.
- 목적은 CPU 이용률을 최대화하는 것입니다.
- 프로세스 전환 시점:
- 실행 중인 프로그램이 I/O 작업을 대기하거나 완료되면 CPU는 다른 프로그램으로 전환됩니다.
- 이 시스템에서는 일정 시간 동안 번갈아가며 실행하는 방식은 없습니다.
- 시분할 시스템 (Time-Sharing System):
- 시분할 시스템은 여러 사용자의 대화형 프로그램을 동시에 실행하며, 응답 시간을 최소화하는 것을 목표로 합니다. CPU는 각 프로그램에 일정한 시간(time slice)을 할당하며, 시간이 지나면 다른 프로그램으로 전환됩니다.
- 특징:
- 프로세스는 일정 시간 동안 실행되며, 시간이 지나면 다른 프로그램이 CPU를 사용합니다.
- 목적은 응답 시간을 최소화하는 것입니다.
- 프로세스 전환 시점:
- 일정 시간이 경과하면 CPU는 자동으로 다른 프로그램으로 전환됩니다. 이를 통해 사용자가 빠른 응답을 받을 수 있습니다.
멀티프로그래밍 시스템과 시분할 시스템의 차이점 요약:
- 멀티프로그래밍 시스템: CPU 사용률을 극대화하려는 목적이며, 한 프로그램이 I/O를 기다리는 동안 다른 프로그램이 CPU를 사용합니다.
- 시분할 시스템: 여러 프로그램을 짧은 시간 동안 번갈아 가며 실행하여 사용자가 빠르게 응답을 받을 수 있게 합니다.
- 커널(Kernel)은 운영체제의 핵심 부분으로, 시스템의 가장 기본적인 자원 관리와 하드웨어 관리를 담당하는 큰 함수 집합입니다. 커널은 시스템 부팅 시 메모리에 로드되며, 이후 시스템이 동작하는 동안 하드웨어 자원과의 소통을 관리합니다.
- 운영체제는 사용자가 편리하게 컴퓨터 시스템을 이용할 수 있도록 다양한 서비스를 제공합니다. 다음은 대표적인 운영체제의 서비스들입니다:
- 운영체제(OS, Operating System)는 컴퓨터 시스템을 더 효과적으로 사용할 수 있게 해주는 소프트웨어의 핵심 구성 요소입니다. 그 목적은 크게 세 가지로 나눌 수 있습니다.
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