[운영체제]2. 운영체제 구조

sai06266·2023년 8월 31일

운영체제

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Operating System Service

운영체제는 사용자에게 다음과 같은 서비스를 제공한다.

유저 인터페이스

Command Line Interface(CLI), Graphics User Interface(GUI)

프로그램 실행

프로그램을 메모리에 로드, 실행, 종료함.

I/O 작동

키보드/마우스로부터 입력을 받아 모니터/프린터로 출력을 함.

파일 시스템 관리

파일과 디렉토리를 읽고/쓰고/생성하고/삭제하고/검색함.

커뮤니케이션

프로세스들간에 정보를 교환한다.

에러 탐지

하드웨어

I/O 장치

유저의 프로그램

효율적인 시스템 작동을 위한 운영체제의 기능들

자원 할당
- 여러 유저나 멀티 테스킹
- cpu 사이클, 메모리, 저장 장치, 입출력 장치
계산
- 어떤 유저가 어느 만큼 어느 종류의 자원을 사용하는지
보호와 보안
- 시스템 자원으로의 접근을 컨트롤
- 유저 허가
- 부적절한 접근시도로부터 방어

Operating System User Interface

Command Line Interface(CLI)
- 키보드 기반의 인터페이스
- 쉘
- 명령어 실행
- 유저가 명령어를 외워야함.
Graphic User Interface(GUI)
- 마우스 기반의 인터페이스
- 유저친화적인 인터페이스를 제공
  - 윈도우, 메뉴 시스템
  - 아이콘이 파일, 프로그램 등을 제공
CLI VS GUI
- 개인의 선호에 따라 선택
- 현대의 운영체제는 둘다 제공

System Calls

시스템 콜

운영체제가 제공하는 인터페이스
어떻게 프로그램이 운영체제로부터 서비스를 요구하는지
프로세스와 운영체제간에 필수적인 인터페이스를 제공

API

Application Program Interface(API)

응용 프로그래머가 사용할 수 있는 일련의 기능
가장 흔한 API
- Win32 API for Windows
- POSIX API for POSIX-based systems(유닉스, 리눅스)
- Java API for the Java virtual machine
왜 시스템 콜보다 API를 사용하는가?
- 이식 가능성
- 사용하기 쉬움
프로그래머는 시스템 콜 실행을 알 필요가 없다.
- 단지 API를 따르고, 운영체제가 하는 일을 이해하면 된다.
- 운영체제의 디테일은 API에 의해 프로그래머에게서 숨겨져있다.

System call handling 시스템 콜 처리

유저가 해당 함수를 호출하면,
라이브러리에서 시스템 콜의 주소를 파악하고,
시스템 콜을 수행하고 다시 돌아온다.

System Call Parameter Passing

때때로 시스템콜 식별자보다 많은 정보가 요구될 수 있다.
운영체제에서 사용하는 3가지의 방법
- 매개변수를 리지스터로 전달
- 매개변수를 메모리에 있는 테이블에 저장, 테이블의 주소를 리지스터에 전달
- 매개변수를 프로그램에 있는 스택에 저장, 운영체제에 의해 pop off

Types of System calls

프로세스 관리
- 생성/종료, 로드/실행, wait/signal event
파일 관리
- 생성/삭제, 열기/닫기, 읽기/쓰기
메모리 관리
- 메모리 할당
정보 유지
- get/set timer or date, get/set process, file or device attributes
커뮤니케이션
- 연결 생성/삭제, 메세지 발송/수신

Operating System Design and Implementation

운영체제 디자인과 실행

디자인 목표
- 하드웨어와 시스템 타입의 선택
  - batch, time sharing, single/multi user, real-time
- 요구사항
  - 유저 입장 -> 사용하기 쉽게, 신뢰성, 안전하고 빠르게
  - 시스템 입장 -> 디자인하기 쉽게, 실행 및 유지 쉽게
정책을 매커니즘으로 부터 분리
- 매커니즘: 어떻게 어떤 것을 할 것인가?
- 정책: 무엇을 할 것인가?
실행
- 과거에는 어셈블리어로 작성
- 현재는 고급 언어로 작성됨. C, C++
  - 리눅스, 윈도우
  - 느려진 속도, 큰 저장 장치
  - 읽기 쉽고, 이식성이 높음
- 운영체제의 수행
  - 자료구조와 알고리즘이 매우 중요하다.

Operating System Structures

심플한 구조
- 인터페이스와 기능성의 단계가 잘 구분되어있다.
- 어플리케이션이 입출력 루틴에 직접 접근할 수 있다.
- 어플리케이션에 오류가 나면 전체 시스템이 붕괴된다.
- MS-DOS, early UNIX
계층 구조
- 운영체제는 층으로 나뉘어 있다.
- 바닥 층(layer 0)이 하드웨어
- 가장 높은 층(layer N-1)이 유저 인터페이스
- 디버그하기 쉽지만, 층을 정의하는 것이 어렵고 효율적이지 않다.
마이크로커널 구조
- 커널에서부터 유저 공간까지 움직인다.
- 확장이 쉽고, 이식이 쉽다.
- 안정적이고 보안이 좋다.
- 수행 능력이 떨어진다. ->유저 모듈과 커널이 자주 커뮤니케이션을 하기 때문
모듈 구조
- 현대의 운영체제 시스템은 커널을 모듈처럼 실행한다.
- 객체 지향의 접근을 사용
- 각각의 코어 요소들은 구분되어 있다.
- 각각은 알려진 인터페이스를 통해 정보를 나눈다.
- 각각은 필요할때 커널로부터 불러온다.
- Solaris, Linux, Mac OS X