[운영체제] 1강. 운영체제 소개 - 1

<운영체제란?>

- 대표적 시스템 소프트웨어

- 컴퓨터 시스템의 자원을 관리하고, 프로그램이 동작하기 위한 서비스 제공하는 "프로그램들의 모음"

 

 

<운영 체제의 역할>

1. 컴퓨터 시스템의 자원 관리

 - 자원이란? 하드웨어, 소프트웨어, 데이터

 - 예시: 저장장치 데이터 읽기, 키보드나 마우스 제어, 프로그램 동시 실행 시 CPU 메모리 효율적 관리 등

 

2. 사용자 지원

 - 사용자가 내린 명령(클릭, command 등)을 운영 체제가 해석하여 동작 및 실행 시킴

 - 사용자와 하드웨어 사이의 매개체 역할

 - 사용자에게 편의성을 제공하는 목적

 

 

<컴퓨터 시스템과 운영 체제>

🧑‍🌾과거: 운영체제가 없던 초기 컴퓨터 시스템

- 응용 프로그램이 직접 컴퓨터 시스템의 자원제어 (프로그래밍 빡셌음!)

 

사용자 -> 
           <- (응용프로그램(하드웨어))

 

** 여러 사용자가 하드웨어를 공유하는 경우, 자원 분할 어려움!! (충돌 발생 가능성)

 

 

👽현재: 운영체제가 있는 컴퓨터 시스템 등장

- 하드웨어와 응용 프로그램 사이에 운영 체제 위치하게 됨 (편하게 함수만 가져다 쓰면 됨!)

- 운영체제가 컴퓨터 시스템의 자원 제어. (중간에서 중재 역할. 공정하게 자원 배분)

 

 

<커널 모드와 사용자 모드>

💁🏻‍♀️프로그램이 직접 자원을 강제로 가져다 쓰는 걸 막기 위해서 '커널 모드', '사용자 모드' 구분 시킴.

 

1. 커널 모드 (a.k.a 수퍼바이저 모드)

 - '하드웨어를 직접 제어'할 수 있는 CPU 명령어를 사용할 수 있는 모드.

 - 응용 프로그램이 아닌!! 운영체제의 커널이 동작하게 됨.

 

2. 사용자 모드 (a.k.a 보호 모드)

 - On the contrary, 응용 프로그램이 동작하는 모드!!

 - 사용자가 보통 응용 프로그램을 사용하면? 사용자 모드 => 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 CPU 명령어를 사용할 수 없는 모드(제한적)

 

 

<커널(kernel) 이란?>

- 커널 모드에서 동작하는 운영 체제의 핵심 요소

- 응용 프로그램과 하드웨어 사이에서 매개체/중개 역할을 한다.

- 운영 체제 자체가 그럼..커널?!  => 어.떻.게. '커널을 구성' 하느냐, 에 따라서 차이가 발생함!

 

 

<커널의 구성 방식>

 

1. 일체형 커널 (monolithic kernel) 🤔cf. 커널이 내부에 위치..공산주의나 사회주의가 떠오르는 공동체의 효율을 극대화한 시스템.

 - 운영 체제의 모든 서비스가 커널 안에 포함

 - 장점: 커널 내부 요소들이 서로 '효율적' 으로 상호 작용 한다.

 - 단점: 한 요소라도 오류가 발생하면? 시스템 전체에 오류/장애 발생 가능!

 - 예시: UNIX, Linux ==> 커널 = OS (커널이 곧 운영체제)

 

2. 마이크로 커널 (micro kernel) 🤔cf. 커널이 외부에 위치. 작은 정부? 자유를 중시..

 - 운영 체제 요소 '대부분을 외.부.로' 분리.

 - 메모리 관리, 멀티 태스킹, 프로세스 간 통신(IPC) 등의 최.소.한.의 요소만 커널 내에 남김.

 - 장점: 새로운 서비스를 추가하여 운영 체제 확장이 쉬움! 유지보수 용이!

 - 단점: 커널 외부 요소들 사이에 'IPC'가 필요... => 성능 저하의 요소

 

<커널/사용자 모드: 어떻게 전환되는가?>

일반적으로 사용자들은 응용 프로그램 사용 중에는 "사용자 모드(보호 모드)"

but, 응용 프로그램이 하드웨어에 대한 제어가 필요한 상황이 발생한다면?

(예시. 화면에 무언가 출력, cout 명령 부르기 => "시스템 호출" 필요!!)

 

* 시스템 호출이란? 운영체제에게 하드웨어 제어, 서비스 요청이나 하드웨어 자원 사용 요청!

 

결론: 사용자 모드 -> 시스템 호출 -> 커널 모드