정보처리기사 운영체제 개념 정리

운영체제

 

• 컴퓨터 사용자와 컴퓨터 하드웨어 간의 인터페이스로서 동작하는 시스템 소프트웨어의 일종
• 컴퓨터를 사용자가 편리하게 사용하고 컴퓨터 하드웨어를 효율적으로 사용할 수 있게 함
• 다른 응용 프로그램이 유용한 작업을 할 수 있도록 환경을 마련함

운영체제의 목적

 

• 사용자 인터페이스 제공
• 자원(CPU, 기억 장치, 입˙출력 장치 등) 스케줄링을 담당
• 신뢰성을 향상
• 처리 능력(Throughput) : 제시된 시간내에 얼마나 많은 일을 할 수 있는지에 대한 능력을 말함, 수치가 높은 수록 좋음
• 반환시간(Turnaround Time) : 명령을 지시한 후 그 명령을 처리하는 데까지 걸리는 시간을 말함, 수치가 낮을수록 좋음
• 사용 가능도(Availability) : 컴퓨터 시스템 내의 한정된 각종 자원을 여러 사용자가 요구할 때, 신속하고 충분히 지원해 줄 수 있는 정도를 의미함
• 신뢰도(Reliability) : 시스템이 주어진 문제를 얼마나 정확하게 해결하는 가를 나타내는 척도

다중 처리 시스템(Multi-Processing System)

 

• 여러 개의 CPU와 한 개의 주기억 장치로 여러 프로그램을 동시에 처리하는 시스템

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언어 번역

 

로더(Loader)

 

• 목적 프로그램을 실행 가능한 파일로 변환하기 위해 주기억 장소를 할당하거나, 여러 개의 목적 프로그램을 연계 편집하여 CPU가 처리될 수 있는 프로그램으로 변환함
• 수행 순서 : 할당(Allocation) -> 연결(Linking) -> 재배치(Relocation) -> 적재(Loading)

절대로더(Absolute Loader)

 

• 적재 기능만 수행하는 로더
• 할당 및 연결은 프로그래머 수행, 재배치는 언어 번역 프로그램이 수행

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UNIX운영체제 특징

 

• 시분할 시스템(Time Sharing System)을 위해 설계된 대화식 운영체제
• 소스가 공개된 개방형 시스템
• 이식성이 높고 장치, 프로세스 간의 호환성이 높음
• 다중 사용자, 다중 작업 지원
• 통신망 관리용 운영체계로 적합
• 트리구조의 파일 시스템을 가지고 있음

UNIX 파일 시스템의 구조

 

• 부트 블록(Boot Block) : 부팅에 필요한 코드를 저장하고 있는 블록
• 슈퍼 블록(Super Block) : 전체 파일 시스템에 대한 정보를 저장하고 있는 블록
• I-node 블록(Index Node Block) : 각 파일에 대한 정보를 저장하고 있는 블록, 파일 소유자의 식별 번호, 파일 크기, 파일의 생성 시간, 파일의 최종 수정 시간, 파일 링크 수 등이 기록됨
• 데이터 블록(Data Block) : 실제 데이터를 저장하고 있는 블록

 

쉘(Shell)

 

• 명령어 해석기
• 사용자의 명령어를 인식하여 필요한 프로그램을 호출하고 그 명령을 수행하는 기능을 담당
• 사용자와 시스템 간의 인터페이스를 제공

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파일 시스템(File System) : 보조 기업 장치의 파일을 관리하는 기술

 

• 파일을 생성, 변경, 제거함
• 파일에 대한 여러 가지 접근 제어 방법을 제공함
• 정보 손실이나 파괴를 방지하는 기능
• 정보를 암호화하고 해독할 수 있는 기능

 

파일의 구조

 

순차 파일(Sequential File)

 

• 레코드의 논리적 순서에 따라 연속된 물리적 저장 공간에 기록하는 파일 구조
• 저장 매체의 효율이 높고 다음 레코드에 대한 접근 속도가 빠름
• 검색 효율이 낮음
• 자기 테이프를 사용함

색인 순차 파일(Indexed Sequential Access File)

 

• 순차 파일 + 직접 파일
• 각 레코드가 레코드 키값에 따라 논리적으로 배열되는 파일 구조
• 자기 디스크에서 많이 사용됨
• 순차, 랜덤 처리가 모두 가능하고 파일 내용을 변경할 때 전체 내용을 복사/이동할 필요가 없음
• 레코드 추가, 삭제가 용이
• 색인 저장 공간과 별도의 오버플로 처리 공간이 요구됨
• 색인 처리 시간이 별도로 필요하여 파일 처리 속도가 느림

색인 순차 파일의 구성

 

기본 영역 : 데이터 저장 공간

색인(Index) 영역 : 인텍스가 저장되는 공간

• 트랙 영역
• 실린더 영역
• 마스터 영

 

오버플로 영역 : 블록 내 레코드가 모두 사용되어 더 이상 추가 입력을 할 수 없을 때 연결시켜 블록을 할당받는 공간

 

디렉터리(Directory) 구조

 

비순환 그래프 디렉터리 시스템

 

• 파일 또는 디렉터리의 공용이 허용될 수 있는 디렉터리 구조
• 부 디렉터리의 공동 사용이 가능
• 디스크 공간을 절약할 수 있음
• 하나의 파일이나 디렉터리가 여러 개의 경로 이름을 가질 수 있음
• 공유하고 있는 파일 제거 시 떨어진 포인터(Dangling Pointer) 문제가 발생할 수 있음

트리구조 디렉터리 시스템

 

• 디렉터리 구조를 확장한 임의 트리로 하나의 루트 디렉터리와 다수의 종속 디렉터리로 구성된 디렉터리
• 디렉터리 생성과 삭제 등이 용이하고 대부분의 운영체제에서 사용하고 있음
• 다른 위치라면 동일 파일이름, 동일 디렉터리 이름을 생성할 수 있음

1단계 디렉터리 시스템

 

• 가장 간단한 디렉터리 구조
• 모든 파일들이 유일한 이름을 가지고 있으며 같은 디렉터리 내에 위치하여 관리됨
• 동일 이름이나 디렉터리 이름을 사용할 수 없음

2단계 디렉터리 시스템

 

• 파일 시스템에서 중앙에 마스터 파일 디렉터리가 있고, 그 아래 사용자 파일 디렉터리가 있는 구조
• 다른 사용자와의 파일 공유가 대체적으로 어렵고 파일 이름이 보통 사용자 이름, 파일 이름의 형태를 취하므로 파일 이름의 길이가 길어짐

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단편화(Fragmentation)

 

• 주기억 장치상에서 빈번하게 기억 장소가 할당되고 반납됨에 따라 기억 장소들이 조각들로 나누어지는 현상
• 내부 단편화 : 할당될 공간이 커서 할당된 후 남는 공간
• 외부 단편화 : 할당될 공간이 작아 할당될 수 없어 남는 공간

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프로세스(Process)

 

• 실행 중인 프로그램
• 프로시저의 활동을 말함
• 비동기적 행위를 일으키는 주체
• 운영체제가 관리하는 실행 단위

 

PCB(Process Control Block)

 

• 운영체제가 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장해 놓을 수 있는 저장 장소

PCB에 저장되어 있는 정보

 

• 프로세스의 현재 상태
• 프로세스의 우선순위
• CPU 레지스터 정보
• 할당된 자원에 대한 정보

 

스레드(Threads)

• 제어의 흐름을 의미하는 것으로 프로세스에서 실행의 개념만을 분리한 것을 말함
• 프로세스의 구성을 제어의 흐름 부분과 실행 환경으로 나눌 때, 프로세스의 실행 부분을 담당함으로써 실행의 기본 다누이가 되는 것
• 하나의 프로세스 내에서 병행성을 증대시키기 위한 메커니즘

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교착상태

• 두 개 이상의 프로세스들이 자원을 점유한 상태에서 서로 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 요구하며 무한정 기다리는 현상

교착상태의 발생 조건

 

• 상호배체(Mutual Exclusion) : 한 번에 한 개의 프로세스만이 공유 자원을 사용할 수 있어야 함
• 점유와 대기(Hold and Wait) : 이미 자원을 가진 프로세스가 다른 자원의 할당을 요구함
• 비선점(Non-Preemption) : 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없음
• 환형 대기(Circular Wait) : 이미 자원을 가진 프로세스가 앞이나 뒤의 프로세스 자원을 요구함

교착상태 해결방법

 

• 예방(Prevention) : 상호배제, 점유와 대기, 비선점, 환형대기 중 어느 하나를 방생하지 않게 하는 방법
• 회피(Acoidance) : 교착상태의 발생 가능성을 인정하고 교착상태가 발생하려고 할 때 교착상태 가능성을 피래 가는 방법(은행 알고리즘)
• 회복(Recovery) : 교착상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나 교착상태에 있는 프로세스가 점유하고 있는 자원을 선점하여 다른 프로세스에 할당하는 기법

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스와핑(Swapping) : 분할된 프로그램을 순서에 상관없이 교환(Swap)하는 기술

 

• Swap in : Swap 캐시를 거쳐 Swap 영역에서 Swap된 페이지를 로드하는 과정
• Swap out : 반대로 저장하는 과정

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분산 처리 시스템(Distributed Processing System) : 물리 지리적으로 떨어져 있는 클라이언트나 서버를 데이터베이스 서버와 네트워크로 연결시켜 사용자에서 하나의 시스템인 것처럼 데이터 처리를 가능하게 하는 시스템

 

분산 처리 시스템의 분류

 

완전 연결 구조(=망(Network)형)

 

• 각 사이트가 시스템 내의 모든 사이트와 연결된 구조임

계층 연결 구조(=트리(tree)형)

 

• 각 사이트들이 트리(Tree) 형태로 구성됨

성형 구조(스타(Star)형)

 

• 모든 사이트가 하나의 중앙노드에 직접 연결됨

링형 구조

 

• 각 사이트는 다른 두 사이트와 물리적으로 연결
• 단방향 또는 양방향으로 정보 전달이 가능