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운영 체제란
운영체제란 하드웨어 위에 설치되어 하드웨어 계층과 다른 소프트웨어 계층을 연결하는 소프트웨어 계층이다.
역할
- 컴퓨터 시스템의 자원 관리
- 사용자가 컴퓨터를 사용할 수 있는 환경 제공
EX) Mac Os, Linux, Window 등
운영체제의 목적
- 처리 기능 향상: OS는 자원 관리를 통해 일정 시간 내에 시스템이 처리하는 일의 양을 향상시킨다.
- 반환 시간 단축: OS는 사용자가 시스템에 요청한 작업을 완료할 때까지 소요되는 시간을 단축시킨다.
- 사용 가능도 향상: 사용자에게 시스템 자원을 얼마나 빨리 제공할 수 있는가이다.
CPU와 메모리 구조
CPU: 컴퓨터의 뇌이다. 프로그램을 실행하는데 필요한 연산을 처리하고 수행한다. 다른 말로 프로세서 라고한다.
메모리: 데이터를 저장하기 위한 기억 장치이다. 두가지 종류가 있다.
- 주 기억 장치: 메인 메모리를 의미하며 RAM이라 부른다. 휘발성 메모리이다.
- 보조 기억 장치: SSD, HDD 등이 해당한다. 비휘발성 메모리이다.
종류
레지스터
CPU가 사용자 요청을 처리하는 데 필요한 데이터를 임시로 저장하는 기억장치로, CPU 내부에 존재한다. CPU가 당장 작업하고 있는 내용을 저장하고, RAM은 CPU가 작업해야할 내용을 저장한다는 점에서 차이가 있다.
레지스터 → 계산기의 작은 숫자 표시창
RAM → 책상 위의 펼쳐진 문제집
캐시메모리
CPU와 RAM 사이의 속도차이를 해결하기 위한 기억장치다. CPU 내부에 위치하며 접근 속도가 레지스터 다음으로 빠르다.
최근에 사용했거나 곧 사용할 가능성이 높은 데이터를 캐시에 저장해 두고, RAM 접근을 줄인다.
RAM
프로그램을 실행할 때 필요한 정보를 저장한다. CPU에서 접근 속도가 하드 디스크보다 빠르고, 휘발성 기억장치이다.
속도 차이
레지스터 → 캐시 메모리 → RAM → 디스크
커널과 시스템 콜
커널
OS의 핵심요소로, 하드웨어와 사용자 프로그램 사이를 중재하는 계층이다. 자원 관리를 위해 CPU 스케줄링, 메모리 관리, 입출력 관리, 파일 시스템 관리 등을 담당한다.
접근 제어
운영체제는 사용자가 쉽게 접근하지 못하도록 커널 모드와 사용자 모드로 나눈다.
커널 모드에서는 하드웨어에 직접 전근해 메모리, CPU와 같은 자원을 사용할 수 있다.
사용자 모드에서는 커널 모드의 자원에 접근할 수 없게 제한을 둔다.
필요한 이유
만약 앱이 CPU, 메모리, 디스크를 직접 제어할 수 있다면 다른 프로그램 메모리에 침범하거나, 시스템 충돌, 보안 문제 등이 발생할 수 있다. 따라서 운영체제는 커널 모드에서만 접근이 가능하다.
시스템 콜
사용자 모드에서 커널 모드에 접근해 필요한 기능을 수행할 수 있게 하는 시스템 함수이다. 커널은 시스템 콜로 받은 요청을 처리한 후 다시 시스템 콜로 결과 값을 반환한다.