운영체제란? (1/2)

1. 운영체제의 개념과 발전

1. 운영체제의 개념

운영체제란 사용자가 응용 프로그램을 실행할 수 있는 기반 환경을 제공하는 것을 의미한다. 사용자 입장에서 보면 다음 두 가지의 역할로 나눌 수 있다.

1. 컴퓨터를 편리하게 사용할 수 있도록 도와준다. (사용자 편의성 제공)
   
2. 하드웨어를 효율적으로 사용할 수 있도록 여러 기능을 제공한다. (자원의 효율적 사용)
   

• User : 어떤 작업을 수행하려고 컴퓨터를 사용하는사람, 창지, 다른 컴퓨터를 의미한다.
  
• Software : 컴퓨터가 기능을 수행하는데 필요한 모든 프로그램들 (Utilities, Applications software, Operating System으로 구성)
  
• System software : 컴퓨터 자원을 관리하고 응용 프로그램의 실행을 지원하여 컴퓨터를 제어하는 프로그램이다. 운영체제를 비롯해 장치 드라이버 등으로 구성된다.
  
• Utility : 응용 프로그램보다 작지만 컴퓨터의 여러 처리과정을 보조, 시스템을 유지하고 성능을 개선하는 프로그램, 필요에 따라 메모리 상주 프로그램으로 설치한다.
  
• application : 특정 작업을 수행하려는 목적을 가지고 사용자나 전문가가 만든 프로그램(브라우저, 워드, 게임 등)

2. 운영체제의 발전 목적

운영체제는 크게 다음 세가지 목적에서 발전해왔다. 과거에는 편리성 보다는 효율성을 중시하여 개부분의 운영체제 이론은 컴퓨터 자원의 최적 이용에 더 관심을 기울였다.

운영체제의 발전 목적	① 편리성	사용자에게 편리한 환경 제공
		1. 사용법을 쉽게 배운다.
		2. 원하는 기능을 찾기 쉽다.
		3. 실수로 부터 회복이 가능하다.
		4. 직관으로부터 원하는 기능을 쉽게 수행 가능
		5. 사용방식 변경이 용이하다.
	② 효율성	시스템 성능 향상
		1. 처리량 향상
		2. 지연＇응답시간 단축
		3. 신뢰도 향상
		4. 사용 가능도 향상
	③ 제어 서비스 향상	1. 입출력장치의 동작 관리 및 제어
		2. 시스템 오류 예방

① 편리성 : 사용자에게 편리한 환경 제공

운영체제는 사용자가 프로그램을 효율적으로 실행할 수 있는 환경을 제공해야한다.

② 효율성 : 시스템 성능 향상

* 시스템의 성능 평가 기준

1. 처리량 : 단위시간당 처리하는 작업량
   
2. 지연˙응답 시간: 사용자가 시스템에 작업을 의뢰한 후 반응을 얻을 때까지 걸린시간.
   
3. 신뢰도: 실패 없이 주어진 기능을 수행할 수 있는 능력
   
4. 사용가능도 : 사용자가 일정 기간 동안 컴퓨터를 실제로 사용한 시간(비율)이다.

2. 운영체제의 기능

운영체제는 다양한 역할을 수행한다. 이는 크게 자원관리와 시스템 관리로 분류할 수 있다.

운영체제 기능	① 자원 관리	메로리 관리
		프로세스 관리
		주변장치(입출력장치) 관리
		파일(데이터) 관리
	② 시스템 관리	시스템 보호(사용자 권한 부여)
		네트워킹(통신)
		명령 해석기

1. 자원 관리

-> 컴퓨터 시스템의 메모리, 프로세서, 입출력장치, 주변창치, 파일등 구성요소를 자원이라고 하는데 운영체제는 이 자원을 관리한다.

* 메모리 관리: 메모리 관리 기능은 메인 메모리와 보조기억장치로 구분하여 설명한다.

• 메인 메모리 관리
  
  메인 메모리는 대개 프로세서가 직접 주소로 지정할 수 있는 유일한 메모리이다. 명령어가 메인 메모리에 있어야 프로세서가 명령어를 수행할 수 있으므로, 프로그램을 절대 주소로 매핑하여 메인메모리에 저장해야 한다.
  
  
• 보조기억장치 관리
  
  보조기억장치는 프로세서가 직접 주소로 지정할 수 없으며, 대부분의 응용프로그램은 메인 메모리에 적재할 떄까지는 보조 기억장치에 저장하므로 보조기억장치에서 저장 방법은 매우 중요하다.
  

* 프로세스 관리

프로세스는 실행 중인 프로그램으로 크게 시스템 코드를 수행하는 시스템 프로세스(시스템 프로세스)와 사용자 코드를 수행하는 사용자 프로세스로 구분한다.

* 주변장치(입출력장치) 관리

운영체제는 특수 프로그램인 장치 드라이브(Software)를 사용하여 입출력장치와 상호작용한다. 

driver -> Hardware, drive -> Software

* 파일(데이터)관리

파일 관리는 입출력 파일의 위치, 저장과 검색 관리를 의미한다.

2. 시스템 관리

* 메모리 관리

* 네트워크(통신)

* 명령 해석기

 

명령 해석기가 커널의 일부이면 비정상 프로세스가 커널의 특정 부분에 접근할 수 있으므로 커널에서 분리하는 것이 좋다.

3. 운영체제의 발전 과정과 유형

1. 운영체제의 발전 과정

연도	운영체제	특징
1940년대	운영체제 없으(작업별 순차 처리)	기계어를 직접 사용 단순 순차(직렬) 처리
1950년대	일괄 처리 시스템	운영체제의 효시인 IBM 701 개발 작업별로 일괄 처리 버퍼링, 스풀링 방법 등장
1960년대	다중프로그래밍 시스템 시분할 시스템 다중처리 시스템 실시간 처리 시스템	가상 기억장치 등장 다중 프로그래밍, 다중처리, 시분할 처리 등 개념 등장 운영체제를 고급 언어로 작성 데이터 통신 지원용 운영체제 사용
1970년대 초반	다중 모드 시스템 범용 시스템	일괄 처리, 시분할 처리, 실시간 처리, 다중 프로그래밍 등을 제공하는 다중모드 시스템 등장 장치의 독립성 제공 TCP/IP 통신 표준 활성화 운영체제가 네트워크와 보안을 아우르는 수준으로 발전
1970년대 중반	분산처리 시스템	각종 응용 프로그램 개발 및 데이터베이스 활용 확대 네트워크 기술의 발전 하드웨어 운영체제 개념이 포함된 펌웨어 개념 등장
1990년대	병렬처리 시스템	WWW의 등장으로 분산 컴퓨팅 증가 GUI강화 개인용과 서버용 운영체제의 보편화
2000년대 이후	모바일 및 임베디드 가상화 및 클라우드 컴퓨팅	네트워크 기반의 분산 및 병렬 운영체제의 보편화 모바일 장치와 가전제품을 위한 모바일 및 임베디드 운영체제의 보편화 다양한 기능, 확장성과 호환성 극대화 다양한 통신망의 확대와 개발형 시스템 발달 여러 운영체제가 한 시스템의 자원을 공유할 수 있게 해주는 서버 가상화 기술의 확산 컴퓨팅 자원, 스토리지, 소프트웨어 등을 사용자에게 서비스 형태로 제공하는 클라우드 컴퓨팅 등장

*일괄처리 시스템: 초기의 운영체제인 일괄처리 시스템은 작업을 올리는 시간과 해제하는 시간 낭비를 줄이는 데 관심을 두었다.

-일괄 처리 : 작업시간을 줄이려고 작업이 발생할 떄마다 즉시 처리하지 않고 작업을 일정 기간 또는 일정량이 될 때까지 모아두었다가 한꺼번에 처리하는것.

- 장점

1, 많은 사용자와 프로그램이 컴퓨터 자원을 공유할 수 있다.

2. 컴퓨터 자원을 덜 사용 중일 때는 작업 처리 시간을 교대할 수 있다.

3. 시시각각 수동으로 개입하고 감독하여 컴퓨터 자원의 유휴를 피할 수 있다.

- 단점

1. 준비 작업들의 유형이 동일해야 한다.

2. 작업에 모든 유형의 입력을 할 수가 없다.

-> 이를 보완하기 위해 버퍼링, 스풀링등의 방법이 등장함.

• 버퍼링(Buffering)
  
  버퍼링은 프로세서와 입출력장치의 속도 차이로 생긴 유후시간을 줄이도록 입출력장치별로 입출력 버퍼를 두어, 프로세서 연산을 할 때 동시에 다른 작업을 입출력하는 방법을 의미한다. 메인메모리나 별도의 저장공간을 이용한다.
  
  
• 스풀링(Spooling, Simultaneous peripheral operation on-line)
  
  스풀링은 속도가 빠른 디스크를 버퍼처럼 사용하여 입출력장치에서 미리 읽는 것이다. 버퍼링이 컴퓨터 하드웨어의 일부인 버퍼를 사용한다면, 스풀링은 별개의 오프라인 장치를 사용한다는 점이 다르다.

* 다중프로그래밍 · 시분할 · 다중처리 · 실시간 시스템 : 다중프로그래밍 시스템에서는 여러 프로그램을 메모리에 나눠 적재한 후 프로세서를 번갈아 할당하여 프로세서의 사용을 극대화하면서 여러 프로그램을 동시에 실행한다. 시분할 시스템은 다중 프로그램 시스템에 프로세서 스케줄링이랑 개념을 더한것이다.

* 다중모드 · 범용 시스템 : 일괄처리, 시분할 처리, 실시간 처리, 다중 처리를 모두 제공하는 다중 모드 시스템

* 분산처리 시스템, 병렬 계산과 분산 계산: 명령어 중심의 시스템 사용법이 사용자에게 편리한 메뉴 지향적인 시스템으로 대체되었고 이후 GUI(Graphical User Interface) 시스템으로 발전했다.

* 모바일 및 임베디드, 가상화 및 클라우드 컴퓨팅: Android와 IOS, 물리적 자원을 추상화 하여 논리적 자원 형태로 표현하는 기술인 가상화 확산