운영체제(OS, Operating System) : 사용자가 컴퓨터를 쉽게 다루게 해주는 인터페이스.
3.1.1 운영체제의 역할과 구조
운영체제의 역할
- CPU 스케줄링과 프로세스 관리
- 메모리 관리
- 디스크 파일 관리
- I/O 디바이스 관리
운영체제의 구조
운영체제
- GUI
- 시스템콜
- 커널
- 드라이버
- GUI : 사용자가 전자장치와 상호 작용할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스의 한 형태
- 커널 : 운영체제 핵심. 시스템의 전반을 관리/감독. 하드웨어와 관련된 작업 직접 수행
- 드라이버 : 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어
- CUI : 그래픽이 아닌 명렁어로 처리하는 인터페이스
시스템콜
- 운영체제가 커널에 접근하기 위한 인터페이스.
- 유저 프로그램이 커널 함수를 호출할 때 씀.
- 사용자와 커널 사이의 통로
시스템콜 종류
- 프로세스/스레드 관련
- 파일 I/O 관련
- 소켓 관련
- 장치 관련
- 프로세스 통신 관련
유저 프로그램이 I/O 요청으로 트랩(trap) 발동 ➡ 올바른 I/O요청인지 확인 ➡ 유저 모드가 시스템콜을 통해 커널 모드로 변환되어 실행
우리가 개발하는 프로그램은 일반적으로 유저 모드에서 실행
프로그램 실행 중 인터럽트가 발생하거나 시스템콜을 호출하면 커널 모드로 전환
커널 모드 : 프로그램의 현재 상태 저장(나중에 다시 이어서 실행하기 위해)
커널 모드 : 커널이 인터럽트나 시스템콜을 직접 처리. 즉 CPU에서 커널 코드 실행
커널 모드 : 처리가 완료되면 중단됐던 프로그램의 CPU 상태를 복원
통제권은 다시 프로그램에게 반환(커널 모드 -> 유저 모드)
유저 모드 : 프로그램이 이어서 실행
커널모드가 왜 있냐?
시스템을 보호하기 위해. 커널 모드가 없으면 우리가 개발한 프로그램이 함부로 하드웨어를 점유해서 사용하고, 다른 프로세스에 영향을 줄 수 있음
3.1.2 컴퓨터의 요소
- CPU
- DMA 컨트롤러
- 메모리
- 타이머
- 디바이스 컨트롤러 등
CPU(Central Processing Unit)
산술논리연산장치,제어장치,레지스터로 구성- 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해 실행
CPU의 구성 요소
- CPU(Central Process Unit)
중앙 처리 장치. 컴퓨터에서기억,해석,연산,제어라는 4대 주요 기능을 관할하는 컴퓨터의 대뇌라고 할 수 있는 장치- CU(Control Unit)
제어 장치.- 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품
- 역할
- 입출력장치 간 통신 제어
- 명령어를 읽고 해석
- 데이터 처리를 위한 순서 결정
- ALU(Arithmetic Logic Unit)
산술 논리 장치. 덧셈, 뺄셈과 같은 두 숫자의 연산과 배타적 논리합, 논리곱, 논리합 같은 논리 연산을 하는 디지털 회로- Register set
- CPU가 요청을 처리하는데 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 다목적 공간
- 명령을 실행하는데 필요한 데이터를 보관하는 역할
- CPU 내부에 있는 레지스터에서 데이터를 가져옴 ➡ 연산 속도가 메모리보다 매우 빠름
- CPU는 자체적으로 데이터 저장 방법이 없음 ➡ 레지스터를 거쳐 데이터 전달
CPU의 연산 처리
1. 제어장치가 메모리, 레지스터에 계산할 값 로드
2. 제어장치가 레지스터에 있는 값 계산하라고 산술논리연산장치에 명령
3. 제어장치가 계산된 값 다시 '레지스터에서 메모리로' 계산한 값을 저장
인터럽트
- 어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것
- 키보드, 마우스 등 IO 디바이스에 의해
- 0으로 숫자를 나누는 산술 연산에서
- 프로세스 오류 등
- 인터럽트 발생 -> 인터럽트 핸들러 함수가 모여있는
인터럽트 벡터로 가인터럽트 핸들러 함수실행 - 우선순위에 따라 실행
하드웨어 인터럽트,소프트웨어 인터럽트로 나뉨
인터럽트 핸들러 함수 : 인터럽트가 발생했을 때 이를 핸들링하기 위한 함수.
하드웨어 인터럽트
- IO 디바이스에서 발생하는 인터럽트.
소프트웨어 인터럽트
트랩(trap)이라고도 함.- 프로세스 오류 등으로 프로세스가
시스템콜호출할 때 발동.
DMA 컨트롤러
- I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치
- CPU의 부하를 막아줌
- 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지
메모리(memory)
- 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치
- 보통
RAM(Random Accdss Memory)를 일컬어 메모리라 함 CPU : 계산 담당,메모리 : 기억 담당- CPU는 일꾼, 메모리는 작업장
- 메모리(작업장)이 클수록 많은 일을 동시에 할 수 있다
타이머(timer)
- 특정 프로그램에 시간 제한 하는 역할
디바이스 컨트롤러(device controller)
- 컴퓨터와 연결되어 있는 IO 디바이스들의 작은 CPU
- 옆에 붙어 있는 로컬 버퍼 : 각 디바이스에서 데이터를 임시로 저장하기 위한 작은 메모리
Reference
주홍철 작가님의 '면접을 위한 CS 전공지식 노트'를 기반으로 작성되었습니다.
