[OS] 운영체제란 무엇인가?

이번학기는 운영체제를 듣는다.

1강이라 Introduction 이다.

본격적으로 배우기 전에 여러 내용을 얕게 본다.

운영체제란 무엇인가?

운영체제의 official 한 definition은 없다.

알기 쉽게 설명하기 위해서는 user와 computer 사이의 interface 역할을 해주는 것이라고 생각하면 된다.

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아래 사진을 보자.

ref : https://en.wikipedia.org/wiki/Operating_system

hardware와 application 간의 interface 역할을 해준다고 보면 된다. HOW?

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순서가 어떻게 되는지 알아보자.

User 는 Application(Word, PPT, LOL ..) 을 사용한다.

우리가 Application을 켜면 이 app이 cpu한테 켜라고 명령을 할까? 아니다. 그럴 수 없다.

Application은 직접적으로 H/W에 접근할 수 없다.

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따라서 OS를 이용해서 접근을 해야한다.

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1. APP은 System Call이라는 function을 이용해서 OS에게 이 프로그램을 켜달라고 요청한다.

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2. OS는 H/W내부를 볼 수는 없지만 Architecture를 볼 수 있다.

여기서 Architecture은 (MIPS,ARM ....) 등을 말한다.

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3. OS는 Architecture Interface를 이용해서 H/W 의 내부를 조종한다.

ADD,LW 등등 메모리에 갖다놓고 저장하고 더하고 여러 명령어를 통해서 조종할 수 있다.

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왜 OS는 H/W에 직접 명령을 할 수 없을까?

왜 Architecture를 이용해야 하는지 잘 모르겠다.

이유는 H/W는 굉장히 복잡하기 때문이다.

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예시를 보자.

ex) File 작업을 하는 program을 만든다고 생각해보자.

내 APP은 직접적으로 SSD/HDD 에 저장하고 읽어야 한다.

그렇다면 APP은 SSD/HDD 를 Control 하는 방법을 알아야한다.

SSD/HDD 는 제조사마다 종류, 방식이 다 다르다. 즉 Command 도 다르다.

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이러한것들을 단순화 하기위해 OS가 존재한다. OS 는 APP과 복잡한 H/W 사이의 translator 역할을 한다.

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따라서 이렇게 요약이 가능하다.

OS는 H/W에서 application을 위한 유용한 형식으로 변환 해주는 소프트웨어이다.

 

Software Stack

Software 부분을 직접 따라 만든것이다.

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1. Application (게임,ppt,word 등등 프로그램)

2. Middleware( library나 다른 software를 말한다. app에서 온 multimedia file들을 decoding 해서 디코딩 된 img를 display 해준다), daemon process 등..(background process)

3. SDE : python interpreter나 C library 등등..

4. OS : abstracted H/W라고 보면 된다. Kernel을 가리킨다.

5. H/W와 통신하기 위한 interface 다.

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프로그램이 돌아갈때 어떤 일이 일어나는가?
-> OS가 메모리에 Instruction을 가져다 놓는다.

일단 프로그램이 어떻게 실행되는지 알아보자

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Loop :

1. fetch : processor(CPU)가 메모리로부터 instruction을 fectch 한다.

2. decode : fetch한 명령을 어떤 명령인지 해석한다.

3. Execute : ADD, LW, JUMP .. 어떤 명령인지 해석한걸 실행한다.

4. Processor은 다음 명령으로 가고 계속 위의 내용이 반복된다.

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그럼 여기서 원론적인 물음이 생긴다.

누가 메모리로 instruction을 가져갔는데?? -> OS

프로그램이 강제 종료같이 abnormal한 상황에서 누가 프로그램을 지워주는지? -> OS

​여러 프로그램이 동시에 돌아가면 어떻게 실행되는지?

->OS가 중요한 역할을 해준다.

 

1. 2개의 Program이 1개의 single main memory를 같이 쓰는 경우.

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메인 메모리는 일련의 바이트 집합이다. array of bytes 라고 보면 된다.

분명 single인데 2개를 어떻게 활용할 것인가?

이런식으로 A의 Region과 B의 region 을 따로 나눠서 접근한다.

그러면 실수로 A가 B의 영역에 접근하면?

A의 boundary는 어딘지? 이러한 해결은 누가 해주나?

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이 또한 OS가 해결해준다.

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2. Physical CPU의 개수보다 Program의 수가 많을 경우?

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우리는 6코어인데 인터넷을 10개를 켜도 잘 돌아간다. 어떻게 이게 가능한 일인가?

만약 Core는 2개인데 Program이 4개라고 해보자.

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프로그램 별로 어떤 코어를 사용할지 할당을 해주는것도 OS가 한다.

마우스와 키보드는 하나인데, 여러개의 프로그램에서 모두 다 잘 호환이 된다. 이건 누가 해주는걸까? 이 또한 OS가 해준다.

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3. 악성 프로그램이 웹 브라우저의 data를 훔쳐가려는 경우 누가 지켜주나?

바로 OS가 이 악성프로그램으로부터 정보를 지켜준다.

 

OS의 역할

1. Program이 돌아가기 쉽게 만들어준다

2. program들이 memory를 공유할 수 있게 만들어준다

-> OS가 없었다면? CPU 1개당 1개만 실행이 가능하게 한다.

3. 여러 프로그램들이 device 들과 interact 할 수 있게 만들어 준다.(마우스,키보드,HDD,network 등..)

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OS는 System 작업들을 정확하고 효율적으로 하게 만들어준다.

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OS의 role을 좀 더 전공과 관련있게 써본다면

1. Virtualization

-> 각 application마다 내가 cpu 나 memory 같은것들을 독점하고 있다고 생각하게 하는것이다. hallucination 같은것이다.

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이해가 가는지..

1개의 물리코어지만 이걸 일부분씩만 할당해서 마치 app들은 자기가 진짜 core로 착각하게 만든다.

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2. Concurrency

concurrency를 올바르게 해결하는 역할을 해준다.

-> Thread, synchronization

쓰레드는 다음 포스팅때 예시로 볼 수 있다.

concurrency를 제대로 잡지 않으면 멀티쓰레딩 시에 loop가 제대로 돌 지 않는 등 오류가 많이 난다.

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3. Persistence (지속성)

예상치 않은 오류에도 correctness가 보존되고, 정보에 영구적으로 접근할 수 있어야 한다.

ex) Storage, File systems.

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다음번엔

위의 role 3가지에 대해서 간략하게 알아보고 넘어가도록 해야겠다.

intro라서 맛만 보고, 이제 다음 수업들에서 계속 들으면서 이어서 포스팅 해야겠다.