[운영체제] 운영체제란?

운영체제란?

 

운영체제(OS, Operating System)는 사용자가 응용 프로그램을 실행할 수 있는 기반 환경을 제공하여 컴퓨터를 편리하게 사용할 수 있도록 도와주고, 하드웨어를 효율적으로 사용할 수 있도록 다양한 기능을 제공하는 시스템 소프트웨어입니다.

 

컴퓨터 시스템은 크게 사용자, 소프트웨어, 하드웨어로 구성되는데, 

운영체제는 하드웨어 바로 윗단에 설치되는 소프트웨어로 사용자가 하드웨어에 접근할 수 있는 유일한 수단입니다. 

그렇기 때문에 운영체제는 하드웨어와 각종 소프트웨어, 그리고 사용자를 연결해주는 계층이라고 할 수 있습니다. 

운영체제의 종류로는 UNIX, MS-DOS, MS Windows 등이 있습니다.

운영체제의 목적

1. 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리 (효율성)

컴퓨터 시스템의 자원(=리소스)를 효율적으로 관리하여 최대한의 성능을 내도록 하는 것이 운영체제의 가장 중요한 목적이라고 할 수 있습니다.

운영체제는 다양한 응용 프로그램이 하드웨어(프로세서, 메모리, 입출력 장치 등), 즉 컴퓨터 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 관리하고 조정하는 역할을 하여 사용자들에게 자원 분배가 형평성있게 이루어지도록 하며, 주어진 자원으로 최대한의 성능을 내도록 합니다.

또한, 다양한 사용자에게서 컴퓨터 시스템을 보호하기 위해 입출력을 제어하며 데이터를 관리합니다.

2. 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공 (편리성)

운영체제는 사용자에게 컴퓨터 시스템을 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공하기도 합니다.

사용자가 서로 다른 프로그램들을 동시에 실행할 수 있도록 운영체제가 하드웨어 자원을 관리합니다.

아주 짧은 시간 단위로 실행 중인 프로그램들에게 CPU를 번갈아 할당하고, 메모리 공간을 적절히 분배하여

사용자들이 실행하는 프로그램들이 각각 독자적 컴퓨터에서 수행되는 것 같은 환상을 제공합니다.

또한, 하드웨어를 직접 다루는 복잡한 부분을 운영체제가 대행하여 사용자에게 편리성을 제공합니다.

운영체제의 분류

운영체제는 다음의 세 가지 기준에 따라 분류할 수 있습니다.

1. 동시 작업 가능 여부

• 단일 작업(single tasking): 한 번에 하나의 프로그램만 수행할 수 있는 운영체제 (ex. MS-DOS)
• 다중 작업(multitasking): 동시에 2개 이상의 프로그램을 수행할 수 있는 운영체제 (현재의 대부분의 컴퓨터)

2. 사용자의 수

• 단일 사용자(single user):  하나의 컴퓨터에 한 명의 사용자만 접근 가능 (ex. MS-DOS, MS Windows)
• 다중 사용자(multi user): 하나의 컴퓨터에 여러 사용자가(여러 계정을 통해) 동시 접근 가능 (ex. UNIX, NT sever)

3. 처리 방식

• 일괄 처리(batch processing): 작업 요청의 일정량을 모아서 한꺼번에 처리. interactive한 처리방식이 아니기 때문에 작업 준비 시간 줄일 수 있음 (ex. 초기 Punch Card 처리 시스템)
• 시분할(time sharing): 여러 작업을 수행할 때 컴퓨터 처리 능력을 일정한 시간 단위로 분할하여 사용(interactive한 방식) (범용 컴퓨터에 사용됨)
• 실시간(Realtime OS): 정해진 시간 안에 어떠한 일이 반드시 종료됨이 보장되어야하는 실시간 시스템을 위한 OS (ex. 원자로/공장 제어, 미사일 제어, 반도체 장비 등)
  • Hard realtime system (경성 실시간 시스템): 작업의 실행 시작이나 완료에 대한 시간 제약 조건을 지키지 못할 때 시스템에 치명적인 영향을 주는 시스템 (ex. 발전소 제어, 미사일 제어 등)
  • Soft realtime system (연성 실시간 시스템): 작업 실행에서 시간 제약 조건은 있으나, 이를 지키지 못해도 전체 시스템에 치명적인 영향을 미치지 않는 시스템 (ex. 동영상 스트리밍)

현재 사용하는 대부분 컴퓨터의 운영체제는 다중 작업, 다중 사용자를 지원하고 시분할 방식으로 운영되는 운영체제입니다.

운영체제의 기능

 

운영체제는 다양한 역할을 수행하며 이에 따라 제공하는 기능도 매우 다양한데,

이러한 기능은 크게 자원 관리와 시스템 관리로 분류할 수 있습니다.

자원관리

컴퓨터 시스템의 메모리, 프로세스, 장치, 파일 등 구성 요소를 자원이라고 하는데, 운영체제는 이 자원을 관리합니다.

 

1. 프로세스 관리

프로세스는 실행 중인 프로그램으로, 프로세스 관리는 운영체제에서 작동하는 응용 프로그램을 관리하는 기능입니다.

CPU 스케줄링을 통해 현재 CPU를 점유해야 할 프로세스를 결정하고, 실제로 CPU를 프로세스에 할당하며, 이 프로세스 간 공유 자원 접근과 통신 등을 관리하게 됩니다.

 

2. 메모리(저장장치) 관리

메인 메모리와 보조기억장치를 관리하는 기능입니다.

프로그램을 실행하려면 먼저 필요한 데이터와 함께 메인 메모리에 있어야 합니다. 그런데 메인 메모리는 공간이 제한되어 있어 모든 데이터와 프로그램을 계속 저장할 수 없으므로 보조기억장치를 이용합니다. 대부분의 응용 프로그램은 메인 메모리에 적재할 때까지는 보조기억장치에 저장합니다.

 

-  메인 메모리(1차 저장장치)

• 프로세스에 할당하는 메모리 영역의 할당과 해제
• 각 메모리 영역 간의 침범 방지
• 메인 메모리의 효율적 활용을 위한 가상 메모리 기능

-  보조기억장치(하드디스크 등)

• 파일 형식의 데이터 저장
• 파일 데이터 관리를 위한 파일 시스템을 OS에서 관리

3. 파일(데이터) 관리

파일 관리는 입출력 파일의 위치, 저장과 검색 관리를 의미합니다.

컴퓨터 시스템은 물리적으로 다양한 형태로 파일을 저장할 수 있는데, 운영체제는 데이터를 효율적으로 사용할 수 있도록 단일화된 저장 형태를 제공합니다. 운영체제는 파일을 쉽게 사용하기 위해 보통 디렉터리로 구성하며, 다수의 사용자가 여기에 접근하려고 할 때는 접근을 제어합니다.

 

4. 입출력 장치 관리

운영체제는 특수 프로그램인 장치 드라이브를 사용하여 입출력장치와 상호작용합니다. 

장치 드라이버는 특정 하드웨어장치와 통신할 수 있는 인터페이스를 제공하므로 특정 하드웨어에 종속된 프로그램입니다.

운영체제는 임시 저장 시스템 기능, 일반 장치용 드라이버 인터페이스 제공, 특정 장치 드라이버 제공을 통해 입출력장치를 관리합니다.

시스템 관리

운영체제는 추가로 시스템 보호, 네트워킹, 명령어 해석기 등의 기능을 지원합니다.

 

1. 시스템 보호

컴퓨터 자원에서 프로그램, 프로세스, 사용자의 접근을 제어하는 방법입니다.

운영체제는 파일 사용 권한 부여, 데이터 암호화 등 서비스를 제공하여 데이터와 시스템을 보안합니다.

 

2. 네트워킹

TCP/IP 기반의 인터넷에 연결하거나, 응용 프로그램이 네트워크를 사용하려면 운영체제에서 네트워크 프로토콜을 지원해야 합니다.

현재 상용 OS들은 다양하고 많은 네트워크 프로토콜을 지원합니다. 이처럼 운영체제는 사용자와 컴퓨터 하드웨어 사이에 위치해서, 하드웨어를 운영 및 관리하고 명령어를 제어하여 응용 프로그램 및 하드웨어를 소프트웨어적으로 제어 및 관리 해야합니다. 

 

3. 명령어 해석기

명령어 해석기는 사용자나 프로그램에서 입력한 명령어를 이해하고 실행하는 사용자와 운영체제의 인터페이스 입니다.

사용자가 입력한 명령은 제어문으로 운영체제에 전달되는데, 이 전달을 명령어 해석기가 담당합니다.