그렇다면 OS를 통해 CPU를 제어하거나 시스템 소프트웨어를 활용하고 싶을때는 어떻게 해야할까요?

System call

Systemcall 이란 운영 체제의 커널이 제공하는 서비스에 대해, 응용 프로그램의 요청에 따라 운영프로그램에서 커널에 접근하기 위한 인터페이스를 의미합니다. 우리는 이러한 Systemcall 을 통해 프로세스와 같은 커널 모드에서만 사용가능한 명령들을 수행할 수 있습니다.

일반적으로 우리가 사용하는 C,C++과 같은 언어는 응용프로그램으로 User Mode 층에 해당합니다. 아래와 같이 유저 모드에서는 컴퓨터의 자원에 접근을 하지 못하는데 특별한 이유로 자원에 접근하여 제어를 해야할 때 System call을 통해 Kernel Mode에 들어가 프로그램 자원을 제어하고 컨트롤 하는 것입니다.

위의 사진 처럼 User Mode-> (System call)-> Kernel Mode-> return-> UserMode 의 흐름으로 흘러 가는 것 입니다.

시스템 콜의 종류

프로세스 컨트롤

• 프로세스 생성 및 종료
• 메모리에 로드, 실행
• 프로세스 속성 값 확인, 지정
• wait 이벤트, signal 이벤트

  메모리 할당

• 파일 메니지먼트
• 파일 생성, 파일 삭제
• 열기, 닫기
• 읽기, 쓰기, Reposition
• 파일 속성 값 확인, 지정

  디바이스 매니지먼트

• 디바이스 요청 및 해제
• 읽기, 쓰기, Reposition
• 디바이스 속성 확인, 지정
• 비 물리적인 디바이스 해제 및 장착

  정보 관리

• 시간 확인, 시간 지정
• 시스템 데이터 확인, 지정
• 프로세스, 파일, 디바이스 속성 가져오기
• 프로세스, 파일, 디바이스 속성 설정하기

  커뮤니케이션

• 커뮤니케이션 연결 생성 및 삭제
• 메시지 송신, 수신
• 상태 정보 전달
• remote 디바이스 해제 및 장착

  보안

• Permission 획득
• Permission 설정

OS

OS 란 Operating System의 약자로 운영체제라고 불리는 사용자의 하드웨어, 시스템 리소스를 제어하고 프로그램에 대한 일반적 서비스를 지원하는 시스템 소프트웨어이다.

아래와 같이 현재 많은 종류의 OS가 존재하며 각각의 OS 마다 사용하는 서비스나 특징이다르다

그렇다면 OS가 하는 정확한 일이 무엇이 있을까? OS가 하는 일을 분류하여 간략하게 나열해보자.

1. 프로세스 관리

운영체제에서 작동하는 응용 프로그램을 관리하는 기능이며, 어떤 의미에선 CPU를 관리하는 것이라고 생각할 수 있다.

• 프로세스, 스레드

• 스케줄링

• 동기화

• IPC 통신

  2. 저장장치 관리

  1차 저장장치에 해당하는 메인 메모리와 2차 저장장치에 해당하는 하드디스크 등을 관리하는 작업이다.

• 메모리 관리

• 가상 메모리

• 파일 시스템

  3. 네트워킹

  네트워크를 지원하기 위한 네트워크 프로토콜 등을 의미한다.

• TCP/IP

• 기타 프로토콜

  4. 사용자 관리

  컴퓨터의 Host 뿐만아니라 그 외의 Guest나 그룹들에 대하여 그들의 접근 권한을 설정해주는 것이다.

• 계정 관리

• 접근권한 관리

  5. 디바이스 드라이버

  하드웨어 적인 부분을 관리해 주는 부분이다.

• 순차접근 장치

• 임의접근 장치

• 네트워크 장치

Thread

쓰레드란 간단히 말하면 프로세스 내에서 실제로 작업을 수행하는 주체를 의미합니다.

• 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 흐름의 단위
• 프로세스의 특정한 수행 경로
• CPU 관점에서 최소 작업 단위

특징

• 프로세스 내에서 Code, Data, Heap은 공유하고, Stack만 독립적으로 가진다.
• 같은 프로세스 내의 쓰레드는 서로 Stack을 제외한 메모리를 공유하며 실행된다.
• 각각의 쓰레드는 별도의 레지스터와 스택을 가지고 있지만 Heap 메모리는 서로 R/W 가능하다.
• 하나의 쓰레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 쓰레드들은 변경된 사항을 즉시 볼 수 있다. (자원을 공유하기 때문에)

그렇다면 Process 와 Thread의 정확한 차이는 무엇일까?

Process 와 Thread의 차이

우선 프로세스는 실행 중일 때, 프로세스끼리 독립적이기 때문에 한 프로세스에서 문제가 발생해도 다른 프로세스에는 영향을 주지 않는다.

그러나 쓰레드는 메모리를 서로 공유하며 수행되기 때문에 여러 개의 쓰레드가 실행 중일 때, 하나의 쓰레드에서 문제가 발생하면 같은 프로세스 내의 모든 쓰레드는 강제 종료된다.

멀티 프로세스 & 멀티 쓰레드

멀티 프로세스 (Multi-Process)

하나의 응용 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 수행하도록 하는 것이다.

장점

• 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 발생해도 다른 프로세스에 영향을 주지 않는다.

  단점

• 프로세스당 메모리가 독립적이라 무거운 작업이 진행되어 문맥 교환 (Context Switch) 시 오버헤드가 발생한다.

• 자원 공유가 안돼있기 때문에 프로세스 간의 통신 기법(IPC)이 복잡하다.

멀티 쓰레드 (Multi-Thread)

하나의 응용 프로그램을 여러 개의 쓰레드로 구성하여 각 쓰레드가 하나의 작업을 수행하도록 하는 것이다. 웹서버가 대표적인 멀티 쓰레드 응용 프로그램이다.

장점

• 프로세스에 비해 생성하는 과정이 가볍기 때문에 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.

• 데이터 공유로 자원 소모가 감소하며 작업량이 작아 문맥교환이 빠르게 이루어져 시스템 처리량이 증가한다.

• Stack 을 제외하고 저장공간을 공유하기에 사용자에 대한 응답성이 향상된다.

단점

• 자원을 공유하기 때문에 쓰레드 하나가 프로세스 내 자원을 회손할 경우 모든 프로세스가 종료될 수 있다.

• 자원을 공유하기 때문에 DeadLock이 발생하지 않도록 주의해야 한다.

개인적 처음에 문제를 제대로 이해하지 못하였는데,1부터n까지의 숫자를 갖고있고 해당 숫자를 스택에 넣었다가 빼야지만 주어진 수열을 만드는데 쓸 수 있는 규칙인거 같다. 또한, 스택에서 뺀 순간 수열에 포함 되기때문에 주어진 수열을 만들 수 없을수도 있다.

해당 문제를 풀때 필요한 규칙이다.

1) 수열을 이루는 숫자는 스택에서 꺼내야 한다. 2) 스택의 숫자는 무조건 오름차 순으로 들어가야 한다. 3) 스택에서 pop한 숫자는 무조건 수열에 들어간다.

이게 내가 만든 풀이이다. 더 좋은 풀이가 무조건 있을꺼라고 생각이 들만큼 문제를 제대로 풀지 못했다고 생각한다.

위 풀이에서의 조건은

1)수열의 숫자가 스택의 top의 숫자보다 클때 2)수열의 숫자가 스택의 top의 숫자보다 작을때 3)수열의 숫자가 스택의 top의 숫자랑 같을때

우선 나는 stack에 0을 미리 넣어주고, 마지막으로 스택에 넣은 숫자를 idx라는 변수를 통해 표시해 놨다.

1번 조건이 실행될때, 수열의 숫자(num)와 같아질때 까지 stack에 숫자를 push해주고 +를 answer리스트에 넣어 줫다. 또한, 마지막으로 stack에 넣은 숫자는 idx에 저장해줫다.

2번 조건이 실행될때는 수열이 해당 stack으로 만들 수 없는 경우이다. 수열의 num 가 stack에 top보다 작은경우 top 부터 뺄 수 있는 stack은 위에서의 문제 규칙 3번에 의해 수열을 만들 수 없게되기 때문에 answer리스트를 비워주고 "No"를 넣은 후 for문을 break해줫다.

3번 조건이 실행될때는 stack의 top이 수열의 숫자(num)과 같음으로 answer리스트에 "-"를 넣어주고 stack을 pop 시켜줬다.

그리고 최종적으로 answer 리스트를 출력양식에 맞게 출력해줫다.

예를들어 5를 만들때는 (1,1,1,1,1),(1,1,1,2),(1,1,2,1),(1,2,1,1),(2,1,1,1),(1,2,2),(2,1,2),(2,2,1) 의 경우가 나오는데

이는 3을 만드는경우에 2크기의 타일을 더해주는 것과 4을 만드는 경우에 1크기의 타일을 더해주는 것의 합이다. 결국 아래와 같은 점화식이 나온다.

dp(n)=dp(n-1)+dp(n-2)

크기가 매우 커져서 문제에서 10,007로 나누라는 조건이 주어지니 놓치지 말자.

스택은 LIFO(Last In First Out)형태의 자료 구조이다. 스택의 특징은 다음과 같다.

1)스택의 top을 통해서만 접근이 가능하다. 2)LIFO(Last In First Out)의 규칙이 있다. 3)정해진 방향인 top에만 쌓을 수 있다.

간단하게 스택에 대해서 알게 됐으니 해당 문제의 풀이를 올리고 넘어가겠습니다.

저는 주어지는 명령어 갯수 만큼 Switch 문법을 통해 해결했습니다. 물론 더 좋고 짧은 풀이가 있겠지만 단순 구현 문제이기 때문에 넘어가겠습니다.

해당 문제는 정수 N에 대해 n을 1,2,3의 합으로 나타내는 방법을 구하는 것 이다. 저는 Bottom-Top 방식으로 접근을 하였는데, 예를 들어 4의 경우 1+3,2+2,3+1 의 경우로 나누어 준 것이다. 해당 사진을 보면 네모는 4=1+3인경우 동그라미는 2+2의 경우 세모는 3+1의 경우를 보여줍니다. 5,6,7까지 가면서 하나 하나 세워보면(꼭 그럴 필요는 없지만)

dp(i)=dp(i-1)+dp(i-2)+dp(i-3)

이라는 점화식이 세워집니다.

이를 코딩에 적용하면 문제 요구사항 코딩 점화식 함수 코딩

으로 해결 할 수 있습니다.

이전에 포스팅 했듯이 DP 문제는 Top-Bottom 과 Bottom-Top 접근법이 있고 점화식을 세워 편한 방법을 택하는게 맞다. 주어진 점화식 조건으로는

1)X를 3으로 나눈다 2)X를 2로 나눈다 3)1을 뺀다.

위의 조건을 만족 시키면서 연산 횟수가 최소화가 되게 해야한다.

나는 Bottom-Top방식으로 Dp를 사용하였고 1부터 주어지는 숫자 X까지 1이 되는 최소 연산을 쌓았다.

임의의 숫자 i의 최소 연산횟수는

1) i-1의 최소 연산횟수 +1 2) 3으로 나뉠경우 i/3의 최소 연산횟수 +1 3) 2로 나뉠경우 i/2의 최소 연산횟수 +1

쉬운 DP 문제이다. DP 문제는 보통 Top-bottom 방식이나 Bottom-Top 방식으로 문제를 해결할 수 있다. 우선적으로 점화식을 세워 보면 상근이가 설탕을 포장할 수 있는 방법은

1. 5KG 봉지에 담는다.
2. 3KG 봉지에 담는다.

하지만 상근이는 적은 봉지를 원하기 때문에 중요한건 5키로 봉지를 최대한 많이 사용하는 것 이다. ->5의 배수일때는 무조건 5로 나누고 그 전까지만 3키로씩 빼주면 된다. ->n에서 0이 될때까지 점화식 조건을 이용하여 Top-bottom 방식으로 DP를 짜면되겠다. While 문을 통해

1) 5의 배수만큼의 키로수가 남으면 5로 나눈 몫을 Count에 더해주고 출력 후Break(0인 경우도 여기서 출력 후 Break 됨) 2) n이 0보다 작아지면 -1을 출력하고 Break;(3을 빼다 0보다 작아진경우) 3) n에서 3만큼 빼고 Count 올려주기.

위와 같이 2839 문제를 해결해 주었다.

부족한 부분이 있을 수 있지만, 너그롭게 봐 주시고 오류나 수정사항 개선사항이 필요한 부분은 커멘트를 달아주세요.

감사합니다.