운영체제 정리 - Introduction

Posted Jun 23, 2023 Updated Jul 13, 2024

By chang wu-seong

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운영 체제 챕터 1: 소개

운영체제는 무엇을 하는가?

유저와 컴퓨터 간의 중계 역할을 한다.

1. 편리한 인터페이스를 제공하고
2. 자원을 관리한다.

컴퓨터 시스템 구조

하드웨어 - 운영체제 - 응용 프로그램 - 유저

-> 중간 역할을 한다.

유저 입장에서의 운영체제가 하는 일

자원 활용보다는 성능의 편리함에 초점
모바일 기기 - 통신, 입출력의 상호작용
임베디드 - UI가 없거나 거의 없음

컴퓨터 입장에서 운영체제가 하는 일

자원 할당 resource allocator
프로그램 제어, 원할히 동작하도록 control program

- 운영체제는 종류마다 모두 달라 한마디로 정의하기 어려움

운영 체제 주요 구성 요소

kernel:* 컴퓨터에서 항상 실행되는 프로그램, 하드웨어와 소프트웨어 사이에서 인터페이스 역할을 하며 운영체제의 다양한 기능 제공
middle ware: 응용 프로그램 개발자가 운영체제로부터 제공받는 서비스 외의 추가적인 서비스를 제공하는 소프트웨어 프래임워크
system programs: kerenl이외의, 시스템을 관리하는 프로그램

컴퓨터 시스템 조직

CPU <- system bus -> device controllers

각 기기의 device controller를 device driver를 통해 통신한다.
각 컨트롤러에는 local buffer와 register가 있음

local buffer: 작업한 결과를 저장하는 중간 다리

register: 드라이버가 명령한 신호를 받는 부분

local buffer와 main memory가 데이터를 주고 받는다.
CPU에는 interrupt를 감지하는 센서가 있다.

Interrupt Handling

interrupt-request line에 신호를 보낸다.
cpu는 모든 동작마다 interrupt-request line을 확인한다.
cpu가 interrupt를 감지하면, interrupt를 처리하는 루틴의 주솟값이 저장돼 있는interrupt vector를 통해 interrupt-handler routine으로 건너뛴다(우선 실행한다).
상태와 P.C 저장 -> interrupt 처리 -> 저장한 곳으로 복원

Interrupt 종류

Nonmaskable interrupt - 중요한 인터럽트 ex) 전원 공급 장애, 기계 오작동, 메모리 손실
Maskable interrupt - 덜 중요한 인터럽트 ex) DMA(Direct memory access)인터럽트, 외부 인터럽트… 이 인터럽트는 우선순위가 높은 작업중이라면 지연될 수 있음

저장장치

RAM(Random access Memory): 휘발성 메인 메모리로 DRAM 과 SRAM이 있음

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Bootstrap program: OS를 메인 메모리에 올리기 위한 시스템 , 비휘발성

입출력 구조

- Controller의 buffer에 들어갈 정도의 작은 I/O 입출력(마우스, 키보드 등의 입출력)은 상관 없지만 NVS I/O와 같은 용량이 큰 크기의 I/O 입출력이라면 한번의 interrupt로 처리할 수 없어 비효율적인 작업이 일어나게 된다.

이를 해결하기 위해서 DMA(Direct Memory Access)가 필요하다.

DMA: 빠른 I/O 입출력을 위해 Interrupt없이 buffer의 정보를 메모리에 올리는 것(block 단위), 이때 interrupt는 하나의 block당 일어난다

=> interrupt를 (buffer size)/(block size)만큼 줄임