1. 운영체제(Operating System, OS)란?

• 컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 모든 소프트웨어와 하드웨어를 연결하는 소프트웨어 계층

→ 컴퓨터 하드웨어 위에 운영체제를 설치하게 되면, 하나의 컴퓨터 시스템이 된다.

→ 사용자는 직접 컴퓨터 하드웨어에 접근하지 않고 컴퓨터를 사용할 수 있게 됨.

→ 운영체제를 제외한 각종 소프트웨어도 하드웨어에 직접 접근하지 않고 운영체제의 관리를 받으며 실행되도록 함

• 협의의 운영체제(커널) : 운영체제의 핵심 부분으로 메모리에 상주하는 부분
• 광의의 운영체제 : 커널 뿐 아니라 각종 주변 시스템 유틸리티를 포함한 개념

운영체제의 기능/목표

1. 운영체제-하드웨어간의 기능
2. 운영체제-사용자/각종 소프트웨어 간의 기능

2. 운영체제의 목적

컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공한다.

• 운영체제는 동시 사용자 또는 프로그램들이, 실제로 물리적 하드웨어는 하나이고 동시에 여러 사용자/프로그램이 실행되는 것이지만, 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상을 제공한다.
• 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행한다.

컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리한다.

→ 운영체제의 핵심적 기능. 하드웨어를 효율적으로 관리한다.

• 프로세서(CPU), 기억장치(메모리), 입출력 장치 등(→ 컴퓨터 시스템의 자원, resource)을 효율적으로 관리한다. → 사용자간의 형평성 있는 자원 분배, 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록

→ 실제 물리적 하드웨어는 하나이기 때문에 CPU도 하나임. 실행중인 여러 프로그램들에게 짧은 시간씩 CPU를 번갈아 할당하는 것이 운영체제의 할 일

→ 마찬가지로 실행중인 여러 프로그램들에게 메모리 공간을 어떤 프로그램에 얼만큼 적절히 분배하는지도 운영체제의 할 일

즉, 컴퓨터의 여러 자원들을 어떻게 여러 프로그램들이 공유/분할해서 사용할지를 관리하는 것이 운영체제의 가장 중요한 역할임.

위의 자원분배 문제들을 다루는 여러 알고리즘이 있음.

• 사용자 및 운영체제 자신의 보호
• 프로세스, 파일, 메시지 등을 관리(소프트웨어 자원)

→ 운영체제는 하드웨어 자원 뿐 아니라, 소프트웨어 자원도 관리

3. 운영체제의 분류 (기준)

동시 작업 가능 여부

단일 작업(single tasking)

• 한 번에 하나의 작업만 처리
• ex. MS-DOS 프롬프트 상에서는 한 명령의 수행을 끝내기 전에 다른 명령을 수행시킬 수 없음

다중 작업(multi tasking) → 일반적

• 동시에 두 개 이상의 작업 처리
• ex. UNIX, MS Windows 등에서는 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령이나 프로그램을 수행할 수 없음

사용자의 수

단일 사용자(single user)

• ex. MS-DOS, MS Windows

다중 사용자(multi user) → 일반적

• 컴퓨터 한 대를 동시에 여러 사용자가 접속할 수 있는지
• 계정을 여러 개 만들고, 계정으로 통해서 원격으로 동시 접속 가능한지
• 보안 기능, 사용자간 형평성 기능 추가되어야
• ex. UNIX, NT server

처리 방식

일괄 처리(batch processing)

• 작업이 들어올 때 바로바로 처리하는게 아니라 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리하는 방식
• 작업이 완전히 종료될 때까지 기다려야 함

→ interactive하지 않음. 입력 후 결과가 바로바로 나오는 게 아님.

시분할(time sharing) → 일반적

• 우리가 쓰는 컴퓨터 그 자체
• 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용
• 일괄처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가짐, but 그 응답 시간의 데드라인이 정해져 있는 것은 아님
• interacive한 방식 = 내가 키보드를 입력할 때 바로 화면에 나타나는 그런 것

→ 여러 사람이 빠르게 응답을 받으면서도 주어진 자원을 최대한 활용하는 것이 목적이기 때문에 정확한 시간을 지키는 목적은 아님

실시간(Realtime OS)

• 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야 하는 실시간 시스템을 위한 OS
• ex. 원자로/공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비, 로보트 제어
• 실시간 시스템의 개념 확장

→ Hard realtime system(경성 실시간 시스템)

: 데드라인을 정확히 지키지 않으면 치명적인 결과가 나오는 시스템

→ Soft realtime system(연성 실시간 시스템)

: 데드라인이 있지만, 그게 지켜지지 않았다고 해서 큰 문제는 없는 시스템

동시실행 관련 용어 정리

• Multitasking : 여러 작업이 동시에 진행. 하나의 프로그램이 종료되기 전에 다른 프로그램이 실행되는 것
• Multiprogramming : 메모리에 여러 프로그램이 동시에 올라가는 것. 메모리의 측면을 강조
• Timg sharing : CPU의 측면을 강조. CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓴다
• Multiprocess

** Multiprocessor : 하나의 컴퓨터에 CPU가 여러 개 붙어 있음을 의미

4. 운영체제의 예

유닉스(UNIX)계열

• 초기, 대형컴퓨터(서버)를 위해 만들어진 운영체제 → 멀티태스킹, 다중사용자 지원에서 출발
• 코드의 대부분을 C언어로 작성 → 기계어로 유닉스를 개발하는 것이 너무 복잡하고 어렵다 보니, 유닉스 개발을 위해 C언어를 만듬
• 높은 이식성 → 기계어와 독립적 언어인 C언어로 대부분 작성되었기 때문에, 하나의 컴퓨터에서 돌아가는 유닉스를 전혀 다른 기계어의 컴퓨터에 이식하기가 쉽다.
• 최소한의 커널 구조 → 메모리에 상주하는 핵심 부분인 커널을 작게 만들어서 메모리 사용량을 줄임
• 복잡한 시스템에 맞게 확장 용이
• 소스 코드 공개
• 프로그램 개발에 용이
• 다양한 버전 : System V, FreeBSD, SunOS, Solaris
• 공개 소프트웨어 정신에 입각해 나온 유닉스 계열 운영체제인 Linux

MS 계열

• 초기, 개인용 컴퓨터를 위해 만들어진 운영체제 → 단일 사용자, 단일 작업 지원에서 출발

DOS(Disk Operating System)

• MS사에서 1981년 IBM-PC를 위해 개발
• 단일 사용자용 운영체제, 메모리 관리 능력의 한계(주기억 장치 : 640KB)

MS Windows

• MS사의 다중 작업용 GUI 기반 운영 체제
• Plug and Play, 네트워크 환경 강화
• DOS용 응용 프로그램과 호환성 제공
• 불안정성
• 풍부한 지원 소프트웨어

Handheld device를 위한 OS

• PalmOS, Pocket PC(WinCE), Tiny OS