이 글은 '면접을 위한 CS 전공지식 노트' 책을 토대로 작성하였습니다.
운영체제는 사용자(애플리케이션)가 컴퓨터(하드웨어)를 쉽게 다루게 해주는 인터페이스이다.
운영체제와 유사하지만 S/W 추가 설치가 안되는 것을 펌웨어라고 한다.
운영체제의 역할
CPU 스케줄링과 프로세스 관리
CPU 소유권을 어떤 프로세스에 할당할지, 프로세스의 생성과 삭제, 자원 할당 및 반환을 관리
메모리 관리
한정된 메모리를 어떤 프로세스에 얼만큼 할당해야 하는지 관리
디스크 파일 관리
디스크 파일의 보관 방식 관리
I/O 디바이스 관리
마우스, 키보드 등과 컴퓨터 간에 데이터를 주고 받는 것을 관리
운영체제의 구조
GUI, 시스템콜, 커널, 드라이버 부분을 운영체제라고 칭한다. GUI 대신 CUI만 있는 리눅스 서버도 존재한다.
GUI
사용자가 전자장치와 상호작용할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스의 한 형태, 대표적으로 Window 운영체제가 있다.
시스템콜
운영체제가 커널에 접근하기 위한 인터페이스로, 유저 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출할 때 사용
유저 프로그램이 입출력함수, 데이터베이스, 네트워크, 파일 접근 등에 관한 I/O 요청을 하면 유저 모드에서 커널모드로 들어가 처리하고 유저모드로 돌아가 유저 프로그램을 수행한다. 이 과정을 통해 컴퓨터 자원에 대한 직접 접근을 차단하고, 프로그램을 다른 프로그램으로부터 보호할 수 있다.
프로세스나 스레드에서 운영체제로 어떤 요청을 할 때 시스템콜을 통해 커널을 거쳐 운영체제에 전달이된다.
modebit
1 또는 0의 값을 가지는 플래그 변수로, 시스템콜이 작동될 때 유저모드와 커널모드를 구분한다. 유저모드에서 운영체제로의 접근을 막는 역할을 한다.
커널
운영체제의 핵심부분이자 시스템콜 인터페이스를 제공하며 보안, 메모리, 프로세스, 파일 시스템, I/O 디바이스, I/O 요청 관리 등 운영체제의 중추적인 역할관리
드라이버
하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어
컴퓨터의 요소
CPU
제어장치, 레지스터, 산술논리연산장치로 구성되어있고, 인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행
다음과 같이 운영체제의 커널이 프로그램을 메모리에 올려 프로세스로 만들면 CPU가 이를 처리한다.
제어장치
프로세스 조작을 지시하는 CPU의 구성품. 입출력장치 간 통신을 제어하고 명령어들을 읽고 해석하며 데이터 처리를 위한 순서를 결정
레지스터
CPU 안에 있는 매우 빠른 임시 기억장치
CPU와 직접 연결되어 있어 연산 속도가 메모리보다 수십 배에서 수백배 까지 빠름
CPU는 자체적으로 데이터를 저장하지 않고 처리만 담당하기 때문에 레지스터를 거쳐 데이터를 전달
산술논리연산장치
덧셈, 뺄셈 같은 두 숫자의 산술연산과 배타적 논리합, 논리곱 같은 논리연산을 계산하는 디지털 회로
연산순서는 다음과 같다
- 제어장치가 메모리 > 레지스터에 계산할 값을 로드
- 제어장치가 산술논리연산장치에 레지스터에 있는 값 계산 명령
- 제어장치가 계산된 값을 레지스터 > 메모리로 계산한 값 저장
인터럽트
주변기기가 CPU에게 어떤 사실을 알리기 위해 CPU를 잠깐 정지시키는 것
인터럽트가 발생되면 인터럽트 핸들러 함수가 모여있는 인터럽트 벡터로 가서 인터럽트 핸들러 함수가 실행
인터럽트 간에는 우선순위대로 실행되며 하드웨어 인터럽트, 소프트웨어 인터럽트로 나뉨
하드웨어 인터럽트
키보드, 마우스 연결시에 I/O 디바이스에서 발생하는 인터럽트
인터럽트 라인이 설계된 이후 순차적인 인터럽트 실행을 중지하고 운영체제에 시스템콜을 요청해서 원하는 디바이스로 향해 디바이스에 있는 작은 로컬 버퍼에 접근하여 일을 수행
소프트웨어 인터럽트
트랩이라고도 불리고 프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출하거나 Exception 발생시에 일어남
DMA 컨트롤러
I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치
CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어와서 CPU 부하를 막아주며 CPU의 일을 부담하고 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지
메모리
전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치로 보통 RAM(Random Access Memory)를 일컫음
CPU는 계산을 담당하고 메모리는 기억을 담당
타이머
작업의 데드라인을 정하고 특정 프로그램에 시간제한을 다는 역할시간이 많이 걸리는 프로그램이 작동할 때 제한을 걸기 위해 존재
디바이스 컨트롤러
컴퓨터와 연결되어 있는 I/O 디바이스들의 작은 CPU
