운영체제(OS, Operation Systems) 란?

운영체제란?

컴퓨터 하드웨어 바로 위에 설치되어 사용자 및 다른 소프트웨어와 연결시켜주는 소프트웨어이다. 좁은 의미로는 커널을 가리키는데 이 커널은 운영체제의 핵심 코어로 부팅 후 항상 메모리에 상주하는 부분을 말한다. 넓은 의미로는 이 커널을 포함해 주변 시스템 유틸리티, 윈도우즈를 설치했을 때 기본적으로 설치되어 있는 유틸리티들을 전부 포함해 말하기도 한다.

 

운영체제의 목표

운영체제는 사용자, 각종 소프트웨어와 하드웨어 사이에 위치하기 때문에 크게 두 가지 목표를 가진다.

1) 프로세서, 메모리, IO장치 같은 컴퓨터 시스템의 자원(resource)을 효율적으로 관리

예를 들어 메모리는 한정적인 공간을 가지기 때문에 n개의 프로그램을 돌릴 때 적절한 공간을 분배해줘야 한다. 이 뿐만 아니라 프로세스, 파일, 메시지 등도 관리한다.

 

2) 사용자나 각종 소프트웨어가 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공

여러 소프트웨어가 마치 동시에 실행되는 것같은 환경을 제공해주고, 하드웨어를 직접 조작하는 복잡한 부분을 운영체제가 대신 해준다.

 

운영체제의 분류

오늘날 운영체제는 다중 작업, 다중 사용자, 시분할 방식을 채택하고 있다.

 

동시작업 가능여부

단일 작업(single tasking)

ms-dos 같이 이전의 운영체제는 한 번에 하나만 작업만을 처리했다.

 

다중 작업(multi tasking)

오늘날의 운영체제는 대부분 동시에 여러 작업을 처리한다. 한 명령의 수행이 끝나기 전에 다른 명령을 수행할 수 있다.

 

사용자의 수

단일 사용자(single user)

ms-dos 나 windows 는 하나의 사용자만 사용할 수 있다.

 

다중 사용자(multi user)

UNIX, NT server 같은 운영체제는 여러 사용자가 동시에 접속해 사용할 수 있다.

 

처리방식

일괄 처리(batch processing)

작업 요청을 일정량 모아 한꺼번에 처리한다. 작업이 종료될 때까지 기다려야한다. 현대의 운영체제에서는 찾아보기 힘든 방식이다. 

 

시분할(time sharing)

여러 작업을 수행할 때 아주 짧은 시간 단위로 분할하여 마치 동시에 실행되는 것처럼 처리한다. 일괄 처리 시스템에 비해 짧은 응답 시간을 가진다. 현대 운영체제들 대부분이 채택한 방식이다.

 

실시간(Realtime OS)

미사일 제어, 로봇 제어, 원자로/공장 제어 등 정해진 시간 내에 어떤 일을 처리해야하는 실시간 시스템을 위한 운영체제다.

 

운영체제 관련 용어

Multitasking, Multiprogramming, Time sharing, Multiprocess

이 용어들은 컴퓨터에서 여러 작업을 동시에 수행하는 것을 의미한다. 좀 더 엄밀히 정의를 하자면, Multitasking은 여러 작업을 동시에 수행하는 것, Multiprogramming은 메모리에 여러 프로그램이 동시에 올라가 있는 것, Time sharing은 CPU의 시간을 분할하여 나누어 쓰는 것을 의미한다.

 

Multiprocessor

하나의 컴퓨터에 CPU가 여러개 붙어있는 것이다.

 

운영체제의 예

유닉스(UNIX)

대형컴퓨터(서버)를 위해 만들어진 운영체제다. 때문에 멀티태스킹과 멀티사용자를 지원하고, 초창기 복잡한 어셈블리어를 조작하고 운영체제를 만들기 위해 만들어진 C언어로 작성되었다. 참고로 C언어는 기계어와 가까워서 기계 쪽에 많이 쓰인다. 전혀 다른 컴퓨터에 이식하기 쉽고 확장에도 용이하다.

 

공개 소프트웨어 정신에 따라 소스코드가 공개되어있다. Linux 도 유닉스 계열의 운영체제로 마찬가지로 소스코드가 공개되어 있어서 누구나 가져다 쓸 수 있다. 이 리눅스는 개인 사용자가 쓰기에도 적합하다.

 

윈도우즈(Windows)

단일 사용자, 다중 작업을 지원하는 GUI 기반의 운영체제다. 개인용 컴퓨터에 주로 쓰인다.

 

운영체제의 구조

CPU는 어떤 프로세스에게 메모리를 할당하고 다시 뺄지 정하는 CPU 스케줄링 작업을 수행한다. 먼저 실행된 프로세스를 먼저 처리하면 나중에 실행되는 프로세스의 응답 시간을 보장할 수 없으므로 이를 효율적으로 해결하기 위한 방법으로 스케줄링 한다.

 

Memory 는 한정된 공간을 가지고 있기 때문에 이 한정된 공간을 어떻게 효율적으로 쓸지 메모리 관리도 해야 한다. 실행된 프로세스 전체를 메모리에 올리면 전체 시스템이 원활하게 돌아가지 않을테니 CPU 를 사용하지 않는 작업은 Disk 로 쫓아내는 등의 방법으로 관리한다. 또 메모리가 꽉 찼을 때 Disk 로 쫓아낼 작업도 수행해야 하는데, 보통 앞으로 CPU를 더이상 사용하지 않을 것 같은 작업을 내려놓는다. '사용하지 않을 것 같다' 는 기준도 다양하게 있다.

 

Disk 에 파일을 어떻게 보관할지 파일 관리도 해야하고 Disk 에 데이터를 읽거나 쓰라는 요청도 스케줄링 해야 한다. 특히 디스크는 Head 라는 부분에서 입출력이 일어나는데, 이 Head 를 효율적으로 움직이게 할지도 생각해야 한다.

 

컴퓨터와 통신하는 I/O device 는 컴퓨터보다 속도가 매우 느리기 때문에 CPU 와 이 속도 차이를 어떻게 맞춰가며 정보를 주고받을지 입출력 관리도 해야 한다.

 

하드웨어 뿐만 아니라 프로세스를 생성, 삭제하고 작업 수행에 필요한 자원을 할당, 변환하고 혹은 다른 프로세스간 협력하는 것을 관리하는 프로세스 관리도 필요하다.

 

그 외로 네트워킹, 명령어 해석 등의 작업 처리도 필요하다.