본문내용
1. 운영체제 개요
1.1. 운영체제의 발전 목적
운영체제의 발전 목적은 크게 편리성, 효율성, 그리고 제어 서비스 향상을 들 수 있다.
편리성은 사용자에게 편리한 환경을 제공하기 위한 목적이다. 사용자가 프로그램을 편리하게 개발할 수 있는 환경을 제공할 뿐만 아니라 응용 프로그램에 대한 사용자 인터페이스, 즉 사용자와 컴퓨터 시스템이 정보 및 명령을 상호 교환할 수 있는 인터페이스를 제공해야 한다.
효율성은 시스템 성능, 연산 처리량, 신뢰도, 사용가능도 향상을 위한 목적이다. 시스템 성능은 처리량, 지연/응답시간, 신뢰도, 사용가능도 등의 기준으로 평가된다. 처리량은 단위 시간당 처리하는 작업량이며, 지연/응답시간은 사용자가 시스템에 작업을 의뢰한 후 반응을 얻을 때까지 걸리는 시간이다. 신뢰도는 하드웨어와 소프트웨어가 실패 없이 주어진 기능을 수행하는 능력이며, 사용가능도는 가동률을 의미한다.
제어 서비스 향상은 입출력 장치의 동작을 관리 및 제어하거나 시스템 오류를 예방하여 컴퓨터 자원을 여러 사용자에게 효율적으로 할당하고 관리할 수 있도록 하기 위한 목적이다.
즉, 운영체제는 사용자에게 편리한 환경을 제공하고, 시스템의 효율성과 신뢰성을 높이며, 컴퓨터 자원을 효과적으로 관리하기 위해 발전해 왔다고 볼 수 있다.
1.2. 편리성
편리성은 사용자에게 편리한 환경을 제공하기 위한 운영체제의 발전 목적이다. 사용자가 프로그램을 편리하게 개발할 수 있는 환경을 제공할 뿐만 아니라 응용프로그램에 대한 사용자 인터페이스, 즉 사용자와 컴퓨터 시스템이 정보 및 명령을 상호 교환할 수 있는 인터페이스를 제공해야 한다.
사용자 인터페이스에는 명령줄 인터페이스(CLI), 메뉴 인터페이스, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 등의 다양한 유형이 있다. CLI는 사용자가 키보드 등으로 명령어를 입력하여 시스템과 상호작용하는 텍스트 전용 인터페이스이고, 메뉴 인터페이스는 배우거나 암기가 필요 없어 사용이 매우 편리한 인터페이스이며, GUI는 그래픽 아이콘과 시각적 표시기, 버튼이나 스크롤바 등의 그래픽 제어요소를 사용하여 컴퓨터와 상호작용할 수 있는 가장 보편적인 인터페이스이다.
운영체제는 프로그램 실행, 입출력 동작 실행, 파일시스템 조작, 통신, 오류 탐지 등 다양한 사용자 서비스를 제공함으로써 사용자에게 편리한 환경을 만들어낸다. 이를 통해 사용자는 컴퓨터를 보다 쉽고 효과적으로 사용할 수 있게 된다.
종합적으로, 운영체제의 편리성 목적은 사용자 친화적인 인터페이스를 제공하고 다양한 사용자 서비스를 통해 사용자가 컴퓨터를 편리하게 사용할 수 있도록 하는 것이라고 할 수 있다.
1.3. 효율성
효율성은 운영체제의 주요 발전 목적 중 하나로, 이를 통해 시스템 성능, 연산 처리량, 신뢰도, 사용가능도 등을 향상시키고자 한다.
먼저 시스템 성능은 처리량, 지연/응답 시간, 신뢰도, 사용가능도의 지표로 평가할 수 있다. 처리량은 단위 시간당 처리하는 작업량이며, 지연/응답 시간은 작업을 의뢰한 후 결과를 얻는 데 걸리는 시간을 의미한다. 신뢰도는 하드웨어와 소프트웨어가 실패 없이 기능을 수행하는 능력을 나타내며, 사용가능도는 실제로 시스템을 사용한 시간의 비율을 말한다.
운영체제는 이러한 시스템 성능 지표들을 향상시키기 위해 다음과 같은 역할을 수행한다. 첫째, 다중 프로그래밍을 통해 프로세서의 idle 시간을 줄이고 자원 활용도를 높인다. 둘째, 프로세스 및 스레드 스케줄링, 프로세스 생성 및 제거, 프로세스 동기화와 통신 등을 통해 시스템 전체의 처리 능력을 향상시킨다. 셋째, 메인메모리와 보조기억장치를 효과적으로 관리하여 프로세스에 적절한 메모리를 할당하고 지연/응답 시간을 줄인다. 넷째, 운영체제 내부의 계층 구조화와 마이크로 커널 구조를 통해 모듈화와 확장성을 높여 신뢰도를 향상시킨다. 다섯째, 입출력 장치 동작 제어, 오류 탐지 및 예방 등으로 사용가능도를 높인다.
이처럼 운영체제는 다양한 방법으로 시스템 성능, 연산 처리량, 신뢰도, 사용가능도 등을 향상시켜 전체적인 효율성을 높이고자 한다. 이를 통해 주어진 하드웨어 자원을 최대한 활용하고 사용자에게 더 나은 컴퓨팅 환경을 제공할 수 있게 된다.
1.4. 제어 서비스 향상
제어 서비스 향상이란 운영체제가 입출력 장치의 동작을 관리하고 제어하거나 시스템 오류를 예방하는 등의 방법으로 컴퓨터 자원을 여러 사용자에게 효율적으로 할당하고 관리할 수 있도록 하는 것을 의미한다.
운영체제는 프로세스가 입출력 작업을 수행하도록 하는 동작 제어, 프로그램 및 데이터의 메모리 할당 관리, 하드디스크와 같은 보조기억장치 관리, 오류 탐지 및 처리 등의 서비스를 제공한다. 이를 통해 사용자가 편리하게 프로그램을 사용할 수 있도록 한다.
먼저, 입출력 장치 동작 관리 및 제어 기능은 키보드, 마우스, 프린터, 모니터 등의 입출력 장치가 프로그램의 요청에 따라 올바르게 동작하도록 관리한다. 운영체제는 장치 드라이버를 통해 이러한 입출력 장치를 제어하며, 사용자 프로그램이 직접 장치를 제어하지 않고 운영체제의 표준 인터페이스를 통해 간접적으로 제어할 수 있도록 한다.
또한 운영체제는 시스템 오류를 예방하고 관리하는 기능을 수행한다. 하드웨어 오류, 소프트웨어 오류, 사용자 프로그램 오류 등 다양한 오류 상황을 탐지하고 적절히 처리한다. 이를 통해 시스템의 안정성과 신뢰성을 높일 수 있다.
나아가 운영체제는 컴퓨터 자원을 효율적으로 관리하고 여러 사용자에게 공정하게 할당하는 기능을 수행한다. 프로세스 스케줄링, 메모리 관리, 파일 시스템 관리 등을 통해 컴퓨터 자원을 효율적으로 활용할 수 있도록 한다.
이와 같은 제어 서비스 향상 기능을 통해 운영체제는 사용자에게 편리성, 효율성, 신뢰성 있는 컴퓨팅 환경을 제공할 수 있다. 따라서 운영체제의 제어 서비스 향상은 사용자 경험 개선과 시스템 성능 향상에 핵심적인 역할을 한다고 볼 수 있다.
2. 프로세스 관리
2.1. 프로세스 및 스레드 스케줄링
프로세스 및 스레드 스케줄링은 운영체제에서 매우 중요한 역할을 담당한다. 프로세스 및 스레드는 시스템 자원을 효율적으로 할당받고 관리되어야 하기 때문이다.
프로세스 스케줄링은 실행을 대기하고 있는 프로세스들 중에서 어떤 프로세스를 다음으로 실행할지 결정하는 기능이다. 프로세스는 CPU 할당, 메모리 할당, 입출력 자원 할당 등을 요구하게 되는데, 운영체제는 이러한 자원들을 효율적으로 관리하고 배분하기 위해 프로세스 스케줄링을 수행한다. 프로세스 스케줄링 알고리즘에는 선착순 스케줄링, 라운드 로빈 스케줄링, 우선순위 스케줄링, 다단계 큐 스케줄링 등이 있다.
스레드 스케줄링은 프로세스 내부에 존재하는 실행 단위인 스레드들을 어떻게 실행할지를 결정하는 것이다. 프로세스 내에 하나 이상의 스레드가 존재하는 경우, 운영체제는 각 스레드에 CPU 시간을 적절히 할당해야 한다. 스레드 스케줄링 알고리즘에는 선착순 스케줄링, 우선순위 스케줄링, 시분할 스케줄링 등이 있다.
프로세스 및 스레드 스케줄링을 효과적으로 수행하기 위해서는 다음과 같은 요소들이 고려된다.
첫째, CPU 이용률을 최대화하여 시스템의 전체적인 처리량을 높이는 것이다. 둘째, 각 프로세스 및 스레드의 응답 시간을 최소화하여 사용자 만족도를 높이는 것이다. 셋째, 공평성을 유지하여 특정 프로세스나 스레드에 과도한 자원이 배분되지 않도록 하는 것이다. 넷째, 실시간 처리가 필요한 프로세스의 시간적 제약을 만족시키는 것이다.
운영체제는 프로세스 및 스레드 스케줄링을 통해 시스템 자원을 효율적으로 관리하고 공평성과 실시간성을 보장함으로써 사용자의 요구사항을 최대한 만족시키고자 한다. 이를 위해 다양한 스케줄링 알고리즘이 개발되어 왔으며, 상황에 맞는 알고리즘을 선택하여 적용하는 것이 중요하다.
2.2. 프로세스 생성 및 제거
프로세스 생성 및 제거는 운영체제의 중요한 기능 중 하나이다. 운영체제는 사용자 프로그램이나 시스템 프로그램의 실행을 위해 프로세스를 생성하고, 프로세스의 실행이 완료되거나 사용자의 요청에 따라 프로세스를 제거한다.
프로세스 생성의 경우, 운영체제는 새로운 프로세스에 대한 요청을 받으면 프로세스 제어 블록(PCB)을 만들어 프로세스의 상태와 관련 정보를 저장한다. 이후 프로세스에게 필요한 메모리 공간과 다른 자원들을 할당하고 실행을 시작한다. 프로세스는 운영체제가 제공한 시스템 콜을 통해 다양한 연산을 수행하며, 운영체제는 프로세스의 실행을 관리하고 제어한다.
프로세스 제거의 경우, 프로세스 실행이 완료되거나 사용자의 요청에 따라 프로세스를 종료해야 할 때 운영체제는 프로세스의 자원 해제, PCB 제거 등의 작업을 수행한다. 프로세스가 종료되면 운영체제는 프로세스가 사용하고 있던 메모리 공간과 다른 자원들을 회수하여 다른 프로세스에서 사용할 수 있도록 한다. 이를 통해 운영체제는 시스템 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
프로세스 생성 및 제거 과정에는 프로세스의 상태 변화, 스케줄링, 자원 할당 및 회수 등 다양한 운영체제 기능이 관여한다. 이러한 과정을 통해 운영체제는 사용자 프로그램과 시스템 프로그램을 효율적으로 실행하고 관리할 수 있다."
2.3. 프로세스 동기화와 통신
프로세스 동기화와 통신은 운영체제에서 중요한 기능 중 하나이다. 운영체제는 여러 프로세스가 동시에 실행되는 다중 프로그래밍 환경을 지원하는데, 이때 프로세스 간의 동기화와 통신이 필요하다.
프로세스 동기화는 여러 프로세스가 공유 자원에 동시에 접근하여 발생할 수 있는 경합 상황을 해결하는 것을 의미한다. 프로세스가 ...
