운영체제 정리 - OS Structures

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운영체제 서비스

• 운영체제는 system call을 통해 프로그램과 유저에게 service를 제공한다

서비스 종류

for 유저 - UI 제공, 프로그램 실행, I/O 동작, 파일 시스템 관리, 소통(between process), 에러 감지

for OS(itself) - 자원 관리, 기록, 보호 및 보안

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System call

• System call은 유저에게 서비스를 사용할 인터페이스를 제공한다
• 이때 직접 System call을 호출하도록 하는 것이 아니라 API를 제공하여 간접적으로 호출하게 한다. 위는 유닉스와 리눅스에서 이용되는 헤더 파일의 API의 예시이다

운영체제 서비스를 이용하는 과정을 정리하자면

1.어떤 응용프로그램을 사용할 때, 유저는 RTE(Run-Time Environment)에서 제공하는 API를 이용하여 system call을 간접호출 하고

1. 커널에서는 이 호출에 따른 적절한 동작을 수행한 후 반환 값을 다시 돌려준다.
2. 유저는 다시 API를 통해 반환 값을 얻을 수 있다.

System call 파라미터 전달

• 가장 기본적으로 register를 통해 전달된다
• 메모리에 블럭 혹은 테이블로 저장되고 이 주소를 가르키는 register로 전달되기도 한다
• stack공간을 통해 push와 pop을 이용하여 전달하기도 한다

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링커와 로더

링커와 로더의 역할을 알기 위해서는 우리가 작성하는 소스코드가 어떻게 실행되는지까지를 알면 좋다.

1. 우리가 작성한 소스코드가 컴파일러에 의해서 이진 바이너리 파일로(relocatable object file) 바뀐다.
2. 링커는 이 파일들을 하나의 실행가능한 파일로 합친다.
3. 로더는 이 파일을 메모리에 올려 cpu가 작업할 수 있도록한다.(이때, DLL이 같이 메모리에 올라가 실행되기도 한다)

DLL(Dynamically linked library)

• 동적으로 로드되는 라이브러리 실행파일(executable file)
• 동적으로 연결되어 사용될 수 있으며, 실행파일이기 때문에 절대 주소를 가짐

예시) Windows API DLL, 그래픽 라이브러리 DLL, 데이터베이스 접근 DLL..

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OS 구조

Monolithic 구조

리눅스 monolithic 구조 예시

• 모든 기능이 하나의 파일에 결합되어 있음
• 속도는 빠르나, 구현이 어렵고 확장성이 떨어짐

계층적(Layrered) 구조

OS 계층적 구조

• 계층적으로 이루어진 구조, 가장 바깥은 UI 가장 안쪽은 hardware
• 구조가 단순해지고 사용자는 최상위의 UI만 다루면 됨
• 다단계 구조로 인한 비효율이 발생할 수 있음

Microkernel 구조

OS microkernel 구조

• 가장 핵심적인 기능만 커널에 남기고 나머지는 user-level에서 구현하도록 함
• 구조가 유연하고 보안에 강하다
• 사용자와 커널간 통신이 잦기 때문에 이에 따른 성능 저하 있을 수도 있음

Module 구조

• 커널에 핵심 요소가 있고 나머지 요소는 동적으로 연결 될 수 있음(부팅이나, 실행 시)
• 계층 구조와 비슷하지만 더 유연함(어떤 모듈이든 호출가능)
• microkernel 구조와 비슷하지만 통신지연이 없어 더 빠름
• 현재 많은 OS가 이 구조를 채택함