• job vs process

• job : 우리가 작성한 프로그램과 데이터를 묶어놓은 것이다.
• process :** job 실행을 시스템(커널)에 등록된 작업**을 말함.

실행중인 프로그램. 즉 커널에 등록되고 커널 관리하에 있는 작업이다. 자원들을 요청하고 할당 받을 수 있음

종류는 아래와 같다.

(여담). 자원의 개념

커널 관리 하에 프로세스에게 할당 및 반납되는 수동적 개체 (passive entity)

2. PCB (Process Control Block)

os가 프로세스 관리에 필요한 정보를 저장하는 곳.

이게 관리하는 정보

! PCB 정보는 os별로 서로 다를 수 있다.

3. 프로세스의 상태 변화

자원 간의 상호작용에 의해 결정된다.

• created state 작업을 커널에 등록한 상태. PCB 할당 및 프로세스 생성. read 혹은 suspended ready 상태 중 하나로 넘어가게 됨. 쓸 수 있는 메모리 공간 여부에 따라 갈린다. 있는 경우에는 ready 상태가 됨

• ready state 프로세서(CPU) 외에 다른 모든 자원을 할당 받은 상태 running 상태로 넘어가는데

• running state 프로세서와 자원을 모두 할당 받은 상태. running 에서 ready 상태 혹은 asleep 상태로 내려감 running 상태에서 I/O request가 발생하면 asleep상태에 빠지게 된다. I/O 작업을 하는 동안 메모리에서 자고 있다고 생각하면 된다.

• Blocked/Asleep stae 프로세서 외에 다른 자원을 기다리는 상태로 wake-up을 통해 ready state로 전환이 가능하다.

• suspended state (지연 상태) 메모리를 할당 받지 못하거나 빼앗긴 상태를 의미한다. swap-out 또는 swap-in 과정을 거친다.

• terminated/ zombie state 프로세스 수행이 끝나 모든 자원이 반납되어 커널 내에 pcb 정보만 남아있는 상태

Note>! 프로세스 관리를 위한 자료구조

• Ready Queue
• I/O Queue
• Device Queue

4. 인터럽트

4-1. 인터럽트 처리과정

5. Context Switching

5-1. Context Switching Overhead

2. 컴퓨터 시스템의 구성

3. 운영체제의 구분

3.1 동시 사용자 수

3.2 동시 실행 프로세스 수

3.3 작업 수행 방식

• 순차 처리 운영체제가 존재하지 않기에 하드웨어를 사용자가 직접 관리해야 했었음. 실행하는 작업 별로 순차 처리가 이루어지기에 각각의 작업에 대한 준비 시간이 소요된다.

  
  

• Batch System 작업들을 모아놓았다가 한번에 처리하는 방법. 시스템은 중앙에서 관리 및 운영하였다. 시스템 지향적, 즉 시스템을 효율적을 이용할 수 있다는 특징이 있다. 많은 사용자가 시스템 자원을 공유할 수 있지만 같은 유형의 작업들이 모이기를 기다려야 한다는 점에서 생산성이 저하된다는 단점이 있다.

  
  

• Time sharing system (시분할 시스템) 실행 시간을 나눈 시스템. 여러 사용자가 자원을 동시에 사용할 수 있다. 이때 파일 시스템 및 가상 메모리 관리가 등장하였다. 응답 시간이 단축되어 생산성이 향상되지만 통신 비용이 증가함과 시스템 부하에 따른 개인 사용자의 체감 속도 저하가 발생한다.

  
  

• Personal Computing 개인이 시스템 전체를 독점한다는, 이전과 비교하여 가장 큰 차이점을 갖는다. CPU 사용율을 고려할 필요없다는 편리함과 빠른 응답시간을 갖지만 성능이 낮다는 단점이 있다.

  
  

• Parallel processing system 병렬처리. 단일 시스템 내부에서 둘 이상의 프로세서를 사용하는 방법. 기억장치와 주변장치가 시스템 버스를 통해 여러 프로세서를 공유한다. cpu 하나가 고장난다 하여도 다른 것을 통해 동작이 가능하다 == 신뢰성 향상.

  
  

• distributed processing system 컴퓨터를 여럿 연결하는 방법. 네트워크를 사용한다. 분산처리 시스템. 슈퍼컴퓨터 및 클라우드 컴퓨터를 예로 들 수 있다. 높은 성능과 고 신뢰성의 장점이 있지만 구축 및 관리가 어렵다.

  
  

• Real-time system 실시간 시스템. 작업 처리에 제한 시간이 주어진 시스템이다. 예를 들어 발전소 시스템을 예로 들어보자. 시간별 온도를 감지한다고 했을 때 이는 real-time sys라고 할 수 있다.

  4. 운영체제의 구조

• 커널 os의 핵심 부분으로 영문으로는 알맹이 라는 의미를 갖는다. 가장 빈번하게 사용되는 기능, 예를 들어 프로세서와 메모리 관리를 한다.

• 유틸리티 운영 체제를 제외한 부분. UI등 서비스 프로그램과 비상주 프로그램으로 필요한 순간에 메모리에 올려 실행된다.

• 시스템 콜 : 커널에게 무언가를 요청하는 통로

4.1 단일 구조

커널 내부에 모든 모듈을 탑재. 이들 사이에 직접적인 통신이 가능하기에 효율적 자원 관리가 가능하다는 장점이 있다. 하지만 기능이 추가될수록 오류 및 버그, 추가 기능 구현 등 유지보수가 어렵다는 단점이 있다. 또한 한 모듈의 문제가 전체 시스템에 영향을 줄 수 있다. (예, 악성코드)

4.2 계층 구조

커널 영역을 계층 별로 나누어 설계와 구현을 단순화 한다. 그러나 기능 수행을 위해 여러 계층을 거쳐야 하기에 성능이 저하된다는 단점이 있다.

4.3 마이크로 커널 구조

커널에 필수 기능만 담는 구조. 메모리 관리, 프로세스 통신 및 관리처럼 필수적인 요소만 커널에 탑재하는 방법.

5. 운영체제의 기능

5.1 Process Management

• process 커널에 등록된 실행 단위, 사용자 요청/프로그램의 수행 주체

5.2 Processor Management (cpu라고 생각해도 ㄱㅊ)

• cpu 할당. process scheduling 이라고 한다.

5.3 Memory Management

• 주기억 장치 관리가 주 역할이다. 메모리를 할당 및 회수, 여유 공간 관리 그리고 프로세스의 할당 메모리 영역 접근 보호를 담당한다.

5.4 File Management

5.5 I/O Management

컴퓨터는 어떤 원리로 동작하는가 항상 궁금해왔던 나로써 이 과목은 유능한 개발자를 꿈꾸는 사람에게 필수요소라는 생각이 들었다. 해서 유튜브에 올라온 운영체제강좌를 통해 공부한 내용을 벨로그에 정리할 계획이다.

운영체제 겉핥기

중재자. 이정도면 짧고도 강력한 설명이 될 수 있다. 하드웨어와 사용자 간의 간결한 인터페이스가 구축된다는 것은 이상적이다. 프로그램 실행시 할당되는 메모리 저장 및 처리 프로세스가 복잡하기 때문이다.

뿐만아니라 운영체제를 도입함으로써 프로그램 최대 성능을 이끌어내고 관리할 수 있다는 이점이 있기에 운영체제는 컴퓨터 공학에서 정수라고 꼽을 수 있다.

컴퓨터의 구성요소

1. 프로세서

중앙처리장치, 즉 컴퓨터의 두뇌역할을 하여 다음과 같은 역할을 한다.

• 연산
• 모든 장치의 동작 제어

  Note!> 컴퓨터의 여러 구성요소를 두루 묶어 프로세서라고 하는 것이다. 즉, 프로세서 == 레지스터 + 연산장치 + 제어장치 레지스터와 연산자잋는 데이터 부분, 제어장치는 제어 부분이다. 프로세서는 두루 묶여 시스템 버스를 통해 메모리, 주변장치와의 인터페이스를 구성한다.

1.1 운영체제와의 관계

운영체제는 프로세서에게 처리할 작업을 할당하고 관리한다. 프로그램의 프로세서 사용을 제어한다.

• 프로그램의 프로세서 사용시간 관리
• 복수 프로그램간 사용시간 죠율

  1.2 레지스터

  프로세서 내부의 메모리로 데이터를 저장하는 역할을 한다. 용도, 사용자가 정보 변경 가능한지 여부, 정보의 종류에 따라 갈래가 나뉜다.
• DR (Data Reigster) : 연산에 필요한 데이터, 플래그 값 저장
• AR (Address Reigster) : 주소의 일부분을 저장
• PC (Program Counter) : 다음 명령어의 주소를 보관
• IR (Instruction Register) : 현재 실행하는 명령어를 보관
• ACC (ACCumulator) : 데이터를 일시적으로 저장
• MAR (Memory Address) : 프로세서가 참조하려는 데이터의 주소를 명시
• MBR (Memory Buffer) : 프로세서가 메모리에서 읽거나 저장할 데이터 자체를 보관

2. 메모리

운영체제는 메모리 할당 및 관리를 한다. CPU와 Disk 사이의 속도차이를 해결하고자 등장했다. 메모리는 주기억장치, 보조기억장치로 구성된다.

2.1 캐시

CPUs와

• 메모리의 종류 중 하나로, 프로세서 내부의 메모리다. (L1, L2 캐시 등)
• 메인 메모리의 입출력 병목현상을 해소한다.

병목현상이란? 병목 현상은 전체 시스템의 성능이나 용량이 하나의 구성 요소로 인해 제한을 받는 현상을 말한다. "병목"이라는 용어는 물이 병 밖으로 빠져나갈 때 병의 몸통보다 병의 목부분의 내부 지름이 좁아서 물이 상대적으로 천천히 쏟아지는 것에 비유한 것이다

아래는 캐시의 지역성이다.

3. 시스템 버스

Bus. 우리가 생각하는 대중교통 버스의 의미에 착안한 것이 맞다. 시스템 버스의 경우 하드웨어들이 데이터 및 신호를 주고 받는 물리적인 통로이다.

• 데이터 버스
• 주소 버스
• 제어 버스

4. 주변장치

프로세서와 메모리를 제외한 하드웨어를 말한다. (초간단)