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[운영체제] 개요 및 역사

June 15, 2020

운영체제

  • 프로그램 : 메모리에 기록된 명령(instuction)의 집합
  • 내장형 컴퓨터 : 프로그램을 미리 메모리에 내장해두고 실행하는 구조의 컴퓨터

운영체제가 없는 PC는 어떤 상태일까?

  • 파워를 켰을 때 운영체제가 없다면 메인 메모리(휘발성)엔 자기 멋대로(임의의) 값이 들어가 있다.
  • 어떤 명령을 들고 와서 실행하려 해도 임의의 값이 들어있어서 할 수 있는 게 없다.
  • 운영체제가 없는 컴퓨터는 전혀 제어가 안되는 야생마와 같다.

프로그램을 실행하려면?

  • 하드디스크에 있는 실행파일을 메모리에 올려야 프로그램이 실행이 된다. 그렇다면 어떻게 메모리에 올릴 수 있는가? 운영체제가 메모리에 파일을 올리는 역할을 해준다. 또 프린터에 인쇄명령, 여러개의 프로그램 동시실행, 디스크에 파일저장 등의 일도 운영체제가 수행한다.

운영체제는

  1. Performance (성능을 높인다)

  2. Convenience (사용자가 원하는대로 할 수 있는 편의성을 제공한다)

    1940 50년대에는 OS가 미약했기 때문에 사용법이 어려웠고 일반인은 컴퓨터를 사용하지 못했음(Operator가 존재)

  3. Control program for computer (컴퓨터 하드웨어를 관리한다)

부팅

컴퓨터의 전원을 키면 어떤일이 일어날까?

컴퓨터 구조

컴퓨터 = Processor + Memory(RAM + ROM) + 보조기억장치

  • RAM (Random Access Memory) : 휘발성 메모리라 전원을 껐다키면 사라짐
  • ROM (Read Only Memory) : 전원을 껐다켜도 메모리가 유지됨

1. 파워를 껐다 키면 프로세스는 제일 먼저 ROM을 읽어와서 실행한다

ROM에는 어떤 프로그램을 넣어둬야 하는가?

  • POST(Power-On Self-Test)

    • 전원을 키면 컴퓨터가 환경설정이 잘 되어 있는가를 스스로 테스트함

  • Boot loader

    • 하드디스크를 뒤져서 OS를 메인메모리의 RAM영역으로 가져옴
    • booting : 메인메모리로 올라오는것을 부팅이라고 함
    • booter : 끌어당긴다

두가지 일을 하고나면 ROM(파워를 켰을 때 처음에만 필요함)의 역할은 끝남

2. OS가 메인메모리에 올라간다

  • 윈도우 : 바탕화면, 아이콘 등 초기화면이 나타남
  • 리눅스 : Login 프롬프트가 뜸

지금부터 모든 명령을 받아드릴 준비가 되었습니다. - OS -

3. OS가 메인메모리에서 내려오려면

  • OS는 Memory Resident(메모리에 상주한다) 라고도 불림
  • 즉 메모리에 상주하기에 컴퓨터 전원을 꺼야 메인 메모리에서 내려온다

운영체제의 위치

os_location

  • H/W : 컴퓨터의 가장 내부에 있음
  • OS : 커널(kernel) + 명령 해석기(shell, command interpreter)
  • kernel(핵) : H/W를 감싸고 있으며 H/W를 제어하고 관리
  • shell(조개껍질) : OS의 껍질, OS에 명령을 내릴 수 있게 함
  • Application(응용 프로그램) : 가장 바깥에 있음, OS 위에서 실행됨

디스크에 hwp파일이 있어도 리눅스에선 실행할 수 없는 이유는 OS에 hwp를 읽는 명령어가 없기 때문이다.

운영체제의 역사

Batch processing system (일괄처리)

  • resident monitor
  • 최초의 OS
  • 컴파일 - 링크 - 로드 등의 일련의 일을 컴퓨터가 스스로 할 수 있게 메모리에 넣어두자. Operator가 하는 일의 수고를 덜자

그 위에 여러기술이 발전이 됨 하드웨어 기술이 발전하면서 OS에도 큰 변화가 생김

Multiprogramming system (다중프로그래밍)

  • CPU가 동작하다가 i/o가 동작하다가 다시 cpu동작하다가를 반복하는데 이 때 i/o중에 CPU가 아무일도 안하고 놀고있음(idle)
  • CPU를 놀리지 않으려면? → 메모리에 여러 개의 job을 돌리자! i/o가 일어나는 동안에도 CPU가 계속 일하도록 함

  • 생각하게된것 :

    • CPU scheduling(메인메모리에 프로그램이 여러개면 뭐부터 실행하는게 좋을까?)
    • 메모리 관리(유저프로그램을 각각 어느위치에 놓아야할까?)
    • 보호(다른 프로그램 영역에 침범하지 못하게 해야해)

Time-Sharing System (시공유 시스템)

  • 스위칭이 빠른시간에 자주 일어나게 하여 사용자로 하여금 혼자서 쓰는것처럼 느껴지게 한다.
  • 예전엔 컴퓨터가 비싸서 하나의 컴퓨터에 여러 단말기(terminal)를 붙여서 사용함 -> 멀티프로그래밍시 A가 사용하면 B는 사용하지 못하는 문제가 발생함 -> 한번에 동시에 사용하게하려면? -> 아주 짧은 시간(1/100초)에 A를 처리하고 아주 짧은 시간에 B를 처리하고… 스위칭함 -> 조금씩 일하고 스위칭하고 조금일하고 다시 스위칭함 -> 유저가 3명이면 한명당 1초에 33번의 CPU를 사용할 수 있고 이는 혼자 컴퓨터를 사용하는것 처럼 느끼게 함
  • 강제 절환
  • interactive system (컴퓨터와 상호 대화가 가능해짐)
  • 가상 메모리(사용자가 많아지면 메인메모리가 부족해짐 -> 하드디스크의 일부를 메인메모리처럼 사용함)
  • 프로세스간 통신이 가능해짐
  • 동기화(3명의 유저가 거의 동시에 실행되다 보니 누가 앞서야하는지 결정)

대표적인 TSS : Unix(1960년대 말), Linux

고등 운영체제

  • 다중 프로세서 시스템(CPU가 여러개)

    • 병렬 시스템, 강결합 시스템(강하게 결합되었다) 이라고도 함
    • 만든 이유는?
    • performance (더 많은 계산을 하기위해)
    • cost (저렴한 CPU여러개를 두는게 더 효율이 좋음)
    • reliability (고장나면 다른녀석으로 대체 가능)
    • 다중 프로세서 운영체제가 필요

  • 분산 시스템(CPU-Memory 조합을 통신망으로 여러개 연결함)

    • 다중 컴퓨터 시스템, 소결합 시스템 이라고도 함
    • 분산 운영체제가 필요
    • 목적은 다중 프로세서 시스템과 동일

  • 실시간 시스템(Real-time system / 특정 시간내에 반드시 계산을 끝내야 하는 시스템)

    • 시간제약 : Dead-line
    • 네비게이션, 공장 자동화, 군사, 항공, 우주
    • 실시간 운영체제가 필요

Reference

Park Answer

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