1. 운영체제와 컴퓨터

🟩 운영체제와 컴퓨터

1. 운영체제의 역할과 구조
   • 운영체제의 역할
     • CPU 스케쥴링과 프로세스 관리 : CPU 소유권을 어떤 프로세스에 할당할지, 프로세스의 생성과 삭제, 자원 할당 빛 반환 관리
     • 메모리 관리 : 한정된 메모리를 어떤 프로세스에 얼마나 할당해야 하는지 관리
     • 디스크 파일 관리 : 디스크 파일 보관 방법 관리
     • I/O 디바이스 관리 : I/O 디바이스가 컴퓨터와 주고받는 데이터를 관리
   • 운영체제의 구조
     • 유저 프로그램 - 운영체제 <인터페이스 - 시스템콜 - 커널(드라이버, 파일 시스템 등)> - 하드웨어
     • GUI : 사용자가 장치와 상호 작용할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스의 한 형태
     • 드라이버 : 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어
     • CUI : 그래픽이 아닌 명령어로 처리하는 인터페이스
     • 시스템콜
       • 운영체제가 커널에 접근하기 위한 인터페이스
       • 유저 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출할 때 사용
       • 유저 모드에서 파일을 읽지 않고 커널 모드로 들어가 파일을 읽고 다시 유저 모드로 돌아가 유저 프로그램의 로직을 수행
       • 이 과정을 통해 컴퓨터 자원에 대한 직접 접근을 차단할 수 있고 프로그램을 다른 프로그램으로부터 보호할 수 있음
       • 시스템콜은 하나의 추상화 계층으로 네트워크 통신이나 데이터베이스와 같은 낮은 단계의 영역 처리에 대한 부분을 신경 쓰지 않고 프로그램 구현 가능
       • modebit-운영체제를 통해 I/O 디바이스를 작동하게 함으로써 공격을 막는 역할
       • -시스템콜이 작동될 때 유저 모드와 커널 모드를 구분하는 1 또는 0의 값을 가지는 플래그 변수
   • CPU
     • 산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치를 말함
     • 인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행하는 역할
     • 제어장치 : 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품으로 입출력장치 간 통신을 제어하고 명령어들을 읽고 해석하며 데이터 처리를 위한 순서를 결정
     • 레지스터 : CPU 안에 있는 매우 빠른 임시기억장치로 CPU와 직접 연결되어 있어 연산 속도가 메모리보다 빠름. CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없기 때문에 레지스터를 거쳐 데이터 전달
     • 산술논리연산장치 : 두 숫자의 산술 연산과 논리 연산을 계산하는 디지털 회로
     • CPU의 연산 처리
       1. 제어장치가 메모리와 레지스터에 계산할 값을 로드
       2. 제어장치가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 산술논리연산장치에 명령
       3. 제어장치가 계산된 값을 다시 레지스터에서 메모리로 계산한 값을 저장
     • 인터럽트
       • 인터럽트는 신호가 들어오면 CPU를 잠깐 정지시키는 것을 말함
       • 인터럽트가 발생되면 인터럽트 핸들러 함수가 모여있는 인터럽트 벡터로 가서 함수가 실행됨
       • 인터럽트 간에는 우선순위가 있고 우선순위에 따라 실행됨
       • 하드웨어 인터럽트 : I/O 디바이스에서 발생하는 인터럽트
       • 소프트웨어 인터럽트 : 트랩이라고도 하며 프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출할 때 발동
   • DMA 컨트롤러
     • I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치
     • CPU에 많은 인터럽트 요청이 들어오기 때문에 CPU 부하를 막아주며 보조하는 역할
     • 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지
   • 메모리
     • 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치
     • RAM을 일컬어 메모리라고도 하며 기억을 담당함
     • 메모리가 크면 클수록 동시에 많은 일을 할 수 있음
   • 타이머
     • 몇 초 안에 작업이 끝나야 한다는 것을 정하고 특정 프로그램에 시간 제한을 다는 역할
     • 시간이 많이 걸리는 프로그램이 작동할 때 제한을 걸기 위해 존재
   • 디바이스 컨트롤러
     • 컴퓨터와 연결되어 있는 I/O 디바이스들의 작은 CPU
     • 옆에 붙어있는 로컬 버퍼는 각 디바이스에서 데이터를 임시로 저장하기 위한 작은 메모리를 뜻함