[OS] 시스템 구조

1. 운영체제가 하는 일

운영체제란?

일반적으로 운영체제에 대한 적합한 정의는 없으며, 단순하게 본다면 운영체제는 운영체제의 공급업체가 제공하는 모든 것을 포함하는 것이다. 포함된 기능은 시스템마다 다르며, 용도에 따라 추가 기능을 제공한다. 예를 들면, 많은 OS가 GUI 기반 인터페이스를 제공하지만, 서버용 LInux는 일반적으로 GUI가 포함되어 있지 않으며 터미널 형태로 사용된다.

운영체제의 목적은 유용한 컴퓨팅 시스템을 만드는 것이며, 응용 프로그램을 실행할 수 있는 환경과 자원을 제어하고 할당하는 기능이 운영체제라는 하나의 소프트웨어로 통합되었다.

• 컴퓨터에서 항상 실행되는 프로그램(called the Kernel)
  - 시스템 프로그램 : 시스템 작동과 관련있지만 커널의 일부일 필요는 없음
  - 응용 프로그램 : 시스템 작동과 관련 없음
  - 미들웨어 : 응용 프로그램과 운영체제 사이의 중개 역할을 수행함
• 응용 프로그램의 실행 환경을 제공
• 컴퓨터 하드웨어를 관리하는 소프트웨어
• 사용자와 컴퓨터 하드웨어 간의 인터페이스 역할

 

운영체제의 다양한 쓰임

스마트폰, PC, 서버, IoT 장치를 포함하는 자동차, 가전제품

 

컴퓨터 시스템의 구조

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user

↕️

application programs

(compilers, web browsers, development kits, etc.)

↕️ ↕️ ↕️

operating system

↕️ ↕️ ↕️

computer hareware

(CPU, memory, I/O devices, etc.)

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운영체제의 역할

1. 프로세스 관리 (Process Management)
   • 프로세스 생성·소멸, 문맥 교환(context switch), 스케줄링(어떤 프로세스에 CPU를 줄지 결정) 등을 담당한다.
   • 멀티태스킹 환경에서 여러 프로그램이 동시에 실행되는 것처럼 보이게 하는 핵심 기능이다.
2. 메모리 관리 (Memory Management)
   • 물리 메모리(RAM)를 프로세스들에 효율적으로 할당·해제하고 가상메모리(paging, swapping)를 통해 메모리 주소 공간을 격리·확장한다.
   • 보호와 주소 변환(virtual address ↔ physical address)을 제공한다.
3. 파일 시스템 관리 (File System Management)
   • 데이터 저장을 위한 계층적 디렉터리 구조와 파일 입출력 인터페이스를 제공하고, 파일 권한·무결성·캐싱을 관리한다.
4. 입출력(I/O) 및 디바이스 관리 (I/O & Device Management)
   • 디바이스 드라이버를 통해 하드웨어(디스크, 네트워크 카드, 키보드, 디스플레이 등)를 추상화하고, I/O 요청을 스케줄·버퍼링·중재한다.
5. 보안과 접근 제어 (Security & Protection)
   • 사용자·프로세스 권한 관리를 통해 자원 접근을 통제하고, 인증·권한·감사(로그) 기능을 제공해 시스템을 보호한다.

 

운영체제 : 사용자 관점

• 한 명의 사용자가 자원을 독점하도록 설계한다.
• 사용자가 수행하는 작업의 효율성을 최대화한다. (편의성, 성능, 용이성)
• 일반적으로 다수의 사용자 사이에서 자원 공유 활용에는 신경 쓰지 않는다.
• 사용자와 상호 작용하기도 한다. (키보드, 마우스, 터치 스크린, 음성 인식)
  - 사용자의 개입 없이 작동하는 형태도 존재 (차량 계기판, 가전제품)

 

운영체제 : 시스템 관점

• OS는 하드웨어와 가장 밀접하게 연관된 소프트웨어다.
• 사용자가 컴퓨터 프로그램을 사용할 때 요구되는 자원들을 할당하는 자원 할당자(resource allocator) 역할을 수행한다.
• 다수의 자원 요청에 대해 컴퓨터 시스템을 효율적이고 공정하게 운영할 수 있도록 결정한다.
• 여러 입출력 장치와 프로그램을 제어하는 제어 프로그램 역할을 수행한다.
  - 프로그램 에러, 부적절한 사용 방지
  
  

2. 운영체제 서비스

• 프로그램의 실행 환경 제공
• 사용자를 위한 기능
  • 사용자 인터페이스(GUI, CLI, 터치)
  • 프로그램 수행
  • 입출력 연산
  • 파일 시스템 조작
  • 통신
  • 오류 탐지
• 효율적인 시스템 동작을 위한 기능
  • 자원 할당
  • 기록 작성(로깅)
  • 보호 및 보안(Protection and Security)

 

3. 사용자와 운영체제 인터페이스

• 사용자가 OS를 조작하는 방법
  • Command Line Interface(CLI)
    - Batch User Interface
  • Graphical User Interface(GUI)
  • 터치 스크린
  • 음성
  • CLI로 직접 명령 입력