운영체제(OS)를 알아보기

우리의 생활에서 컴퓨터나 핸드폰 등은 이제 우리와 떼어놓을 수 없는 필수품이 되었습니다.

우리와 기기들 사이에 의사소통을 맡아서

내가 원하는 동작을 하게 상호작용을 담당해 주는 것이 바로 운영체제입니다.

오늘은 운영체제에 대해서 알아보겠습니다.

 

 

운영체제(Operating System)의 정의

운영체제는 컴퓨터나 핸드폰 등에 하드웨어를 관리하는 데 필수적이며,

사용자와 하드웨어 간의 상호작용을 가능하게 하는 중요한 시스템 소프트웨어입니다.

소프트웨어 자원에는 응용 프로그램, 라이브러리, 파일 등이 포함되고,

하드웨어 자원에는 CPU, 메모리, 디스크, 입출력 장치 등이 포함됩니다.

 

운영체제의 목적

1. 자원 관리

• 운영체제는 컴퓨터 시스템의 자원(하드웨어와 소프트웨어)을 효율적으로 관리합니다.
• CPU, 메모리, 디스크 공간, 네트워크와 같은 하드웨어 자원을 관리합니다.
• 프로세스, 파일, 데이터와 같은 소프트웨어 자원을 관리합니다

2. 작업 효율화

• 프로세스 스케줄링, 메모리 관리, 입출력 관리 등을 통해 이루어집니다.
• 사용자의 요구에 따라 작업을 순차적으로 또는 병렬로 처리할 수 있도록 지원합니다.

3. 사용자 인터페이스 제공

• 사용자가 컴퓨터 시스템을 쉽게 사용할 수 있도록 명령어 인터페이스 또는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 제공합니다.
• 명령 줄 인터페이스나 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 이루어집니다.

4. 시스템보안 관리

• 시스템 자원을 보호하고 불필요한 접근을 제어합니다.
• 사용자 인증, 접근 제어, 데이터 보호 등의 기능을 통해 이루어집니다.

5. 오류 검출 및 복구

• 운영체제는 시스템에서 발생하는 오류를 검출하고, 가능한 한 복구하는 기능을 수행합니다.
• 시스템의 안정성을 유지하고, 작업의 중단을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

 

 

운영체제의 구조

• 하드웨어 인터페이스 계층: 하드웨어 장치와 직접 상호 작용하고 하드웨어에 대한 추상화된 인터페이스를 제공합니다.
• 커널: 운영체제의 핵심 부분이며, 프로세스 관리, 메모리 관리, 파일 시스템 관리, 보안 관리 등의 핵심 기능을 제공합니다.
• 디바이스 드라이버: 각 하드웨어 장치를 제어하기 위한 소프트웨어입니다.
• 시스템 유틸리티: 파일 관리, 프로세스 관리, 시스템 설정 등을 위한 도구를 제공합니다.
• 응용 프로그램 인터페이스: 응용 프로그램 개발자가 운영체제 기능을 사용할 수 있도록 하는 인터페이스입니다.
• 사용자 인터페이스: 사용자가 컴퓨터 시스템을 사용할 수 있도록 하는 인터페이스입니다.

UNIX 운영체제의 구조 (출처 : https://www.jhnloomis.org/ece314/notes/OperatingSystems/UNIX.html)

 

리눅스 운영체제의 구성

계층	구성요소	설명
사용자 공간 (User Space)	응용 프로그램 (Application)	사용자가 직접 사용하는 프로그램들로 웹 브라우저, 텍스트 에디터 등이 있습니다.
	셸(Shell)	사용자와 운영체제 사이의 인터페이스를 제공합니다. 사용자의 명령을 해석하고 실행합니다.
	시스템 유틸리티 (System Utility)	시스템 관리를 위한 프로그램들로 파일 관리, 프로세스 관리 등을 담당합니다.
	시스템 라이브러리 (System Library)	시스템 호출 인터페이스를 제공하는 라이브러리로, 응용 프로그램이 운영체제의 서비스를 사용할 수 있게 합니다.
커널 공간 (Kernel Space)	시스템 호출 인터페이스 (System Call Interface)	응용 프로그램이 커널의 기능을 사용할 수 있도록 인터페이스를 제공합니다.
	프로세스 관리 (Process Management)	프로세스의 생성, 스케줄링, 종료 등을 관리합니다.
	메모리 관리 (Memory Management)	물리 메모리와 가상 메모리를 관리합니다.
	파일 시스템 (File System)	파일 생성, 수정, 삭제 등을 관리하며, 디스크 공간을 할당하고 회수합니다.
	네트워크 스택 (Network Stack)	네트워크 연결을 관리하며, 데이터 전송을 담당합니다.
	디바이스 드라이버 (Device Driver)	하드웨어를 제어하고, 하드웨어와 커널 사이의 인터페이스를 제공합니다.

 

운영체제마다 구조는 조금씩 다르지만 큰 틀에서는 비슷한 구조를 하고 있습니다.

 

 

운영체제의 기능

운영체제의 기능은 목적과 유사합니다. 결국 운영체제의 기능도 운영체제의 목적으로 구현된 것이기 때문입니다. 

• 프로세스 관리: 운영체제는 프로세스의 생성, 제거, 일시 중지, 재개 등을 관리합니다. 여러 프로세스가 공정하게 CPU를 사용할 수 있도록 스케줄링합니다.
• 메모리 관리: 운영체제는 프로그램의 실행을 위해 메모리를 할당하고, 사용이 끝난 메모리를 회수합니다.
• 파일 시스템 관리: 운영체제는 파일 생성, 삭제, 수정 등 파일 시스템에 대한 모든 작업을 관리합니다.
• 입출력 장치 관리: 운영체제는 모든 입출력 장치를 관리하고, 장치의 성능을 최적화합니다.
• 보안: 운영체제는 시스템의 보안을 유지하며, 사용자 인증, 접근 제어 등의 보안 기능을 제공합니다.
• 네트워킹 기능: 다른 컴퓨터 시스템과 통신을 할 수 있는 기능을 제공합니다.
• 오류 복구: 예상치 못한 오류가 발생하더라도 시스템이 중단되지 않고 실행될 수 있도록 지원합니다.

 

운영체제의 운용 기법의 종류

1. 일괄 처리 시스템 (Batch Processing System)

• 개념: 초기 운영체제의 형태로 여러 작업을 한 번에 묶어서 처리한다.
• 장점:
  • 대량의 데이터 처리 작업에 유리
  • CPU의 사용률 높아짐(효율향상)
  • 낮은 운영 비용
• 단점:
  • 사용자 상호작용 불가능
  • 작업 제출 및 관리 불편
  • 실시간 처리 불가능
• 적용 분야: 대량 데이터 처리, 과학 계산, 금융 거래 처리 등

2. 다중 프로그래밍 시스템 (Multiprogramming System)

• 개념: 메모리에 여러 프로그램을 동시에 로딩하여 CPU를 효율적으로 활용하는 방식, 하나의 프로그램이 대기 상태일 때 다른 프로그램을 실행하는 방식
• 장점:
  • CPU 유휴 시간 감소
  • CPU 사용율 향상
  • 작업 처리 속도 향상
• 단점:
  • 프로그램 간 상호 간섭 가능성
  • 메모리 관리 복잡
  • 실시간 처리 불가능
• 적용 분야: 일반적인 데스크탑 환경, 서버 환경 등

3. 시분할 시스템 (Time-Sharing System)

• 개념: 여러 사용자가 동시에 컴퓨터 시스템을 사용할 수 있도록 CPU 시간을 할당하는 방식
• 장점:
  • 높은 사용자 편의성
  • 실시간 응답 가능
  • 다양한 작업 처리 가능
• 단점:
  • 시스템 복잡성 증가
  • 보안 관리 어려움
  • 자원 할당 문제 발생 가능성
• 적용 분야: 일반적인 데스크탑 환경, 서버 환경, 웹 애플리케이션 등

4. 다중 처리 시스템 (Multiprocessing System)

• 개념: 여러 CPU를 사용하여 작업을 동시에 처리하는 방식
• 장점:
  • 처리 속도 획기적으로 향상
  • 대규모 작업 처리 가능
  • 높은 확장성
• 단점:
  • 시스템 설계 및 구현 복잡
  • 프로그램 병렬화 필요
  • 높은 비용 발생
• 적용 분야: 고성능 컴퓨팅, 과학 계산, 데이터 분석 등

5. 실시간 처리 시스템 (Real-Time System)

• 개념: 외부 이벤트에 즉각적으로 반응해야 하는 시스템
• 장점:
  • 정확한 타이밍 제어 가능
  • 외부 이벤트에 즉각적인 반응
• 단점:
  • 시스템 설계 및 구현 어려움
  • 높은 정확성 요구
  • 높은 비용 발생
• 적용 분야: 산업 자동화, 로봇 제어, 의료 시스템, 항공제어 등

6. 다중 모드 처리 시스템 (Multimode Processing System)

• 개념: 위에서 언급한 다양한 운영 기법을 상황에 따라 적절하게 조합하여 사용하는 방식, 사용자 모드와 커널 모드를 동시에 지원하는 시스템
• 장점:
  • 다양한 작업 처리 가능
  • 높은 효율성 및 유연성
  • 사용자 요구에 맞춤화 가능
• 단점:
  • 시스템 복잡성 증가
  • 관리 및 운영 어려움
  • 높은 전문성 요구
• 적용 분야: 대부분의 현대 운영체제 (예: Windows, Linux, macOS)

7. 분산 처리 시스템 (Distributed Processing System)

• 개념: 여러 컴퓨터 시스템을 네트워크로 연결하여 하나의 시스템처럼 작동하도록 하는 방식
• 장점:
  • 높은 확장성 및 성능
  • 자원 공유 및 부하 분산 가능
  • 높은 가용성 및 안정성
• 단점:
  • 시스템 설계 및 구현 복잡
  • 보안 관리 어려움
  • 네트워크 오류에 취약
• 적용 분야: 클라우드 컴퓨팅, 웹 애플리케이션, 대규모 데이터 처리 등

결론적으로, 운영 체제(OS)를 이해하는 것은 디지털 기기의 기능을 지원하는 기본적 요소로 매우 중요합니다. OS는 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 리소스를 관리하여 애플리케이션이 효율적으로 실행될 수 있는 안정적인 환경을 제공합니다. Windows, macOS, Linux, Android 및 iOS와 같은 모바일 OS 등 각각 고유한 기능을 갖고 있으며, OS별로 여러분의 특정 요구를 충족시킬 수 있는 다양한 운영 체제가 있으므로 필요에 따라, 한 번씩 사용해 보시며 차이를 느껴보시길 바랍니다.