오늘의 CS(운영체제와 컴퓨터- 운영체제의 역할과 구조)

앞으로는 하드웨어와 소프트웨어(유저 프로그램)를 관리하는 일꾼인 운영체제와 CPU, 메모리 등으로 이루어진 컴퓨터를 알아보겠다.

운영체제의 역할 

운영체제의 역할은 크게 네 가지가 있다.

 

1. CPU 스케줄링과 프로세스 관리: CPU 소유권을 어떤 프로세스에 할당할, 프로세스의 생성과 삭제, 자원 할당 및 반환을 관리한다.

2. 메모리 관리: 한정된 메모리를 어떤 프로세스에 얼마큼 할당해야 하는지 관리한다. 

3. 디스크 파일 관리: 디스크 파일을 어떠한 방법으로 보관할지 관리한다.

4. I/O 디바이스 관리: I/O(입출력) 디바이스들인 마우스, 키보드와 컴퓨터 간에 데이터를 주고받는 것을 관리한다. 

 

운영체제의 구조

운영체제의 구조는 다음과 같다.

운영체제의 구조

유저 프로그램이 맨 위에 있고 그 다음으로 GUI, 시스템 콜, 커널, 드라이버가 있으며 가장 밑에 하드웨어가 있는 구조이다. 그리고 여기서 GUI, 시스템콜, 커널, 드라이버 부분이 바로 운영체제를 지칭한다. 참고로 GUI가 없고 CUI만 있는 리눅스 서버도 있다. 

 

 

시스템콜

시스템콜이란 운영체제가 커널에 접근하기 위한 인터페이스며, 유저 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출할 때 쓴다.

 

유저 프로그램이 I/O 요청으로 트랩을 발동하면 올바른 I/O 요청인지 확인한 후 유저 모드가 시스템콜을 통해 커널 모드로 변환되어 실행된다. 예를 들어 I/O 요청인 fs.readFile()이라는 파일 시스템의 파일을 읽는 함수가 발동했다고 보자

 

 

시스템콜

 

이때 유저 모드에서 파일을 읽지 않고 커널 모드로 들어가 파일을 읽고 다시 유저 모드로 돌아가 그 뒤에 있는 유저 프로그램이 로직을 수행한다. 이 과정을 통해 컴퓨터 자원에 대한 직접 접근을 차단할 수 있고 프로그램을 다른 프로그램으로부터 보호할 수 있다.

 

프로세스나 스레드에서 운영체제로 어떠한 요청을 할 때 시스템 콜이라는 인터페이스와 커널을 거쳐 운영체제에 전달된다.

 

시스템콜은 하나의 추상화 계층이다. 그렇기 때문에 이를 통해 네트워크 통신이나 데이터베이스와 같은 낮은 단계의 영역 처리에 대한 부분을 많이 신경 쓰지 않고 프로그램을 구현할 수 있는 장점이 있다. 

 

 

📚 용어 정리 

1️⃣ GUI: 사용자가 전자장치와 상호 작용할 수 있도록 사용자 인터페이스의 한 형태, 단순 명령어 창이 아닌 아이콘을 마우스로 클릭하는 단순한 동작으로 컴퓨터와 상호 작용할 수 있도록 해준다. 

2️⃣ 드라이버: 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어

3️⃣ CUI: 그래픽이 아닌 명령어로 처리하는 인터페이스

4️⃣ I/O 요청: 입출력 함수, 데이터베이스, 네트워크, 파일 접근 등에 관한 일

5️⃣ 유저 모드: 유저가 접근할 수 있는 영역을 제한적으로 두며 컴퓨터 자원에 함부로 침범하지 못하는 모드

6️⃣ 커널 모드: 모든 컴퓨터 자원에 접근할 수 있는 모드

7️⃣ 커널: 운영체제의 핵심 부분이자 시스템콜 인터페이스를 제공하며 보안, 메모리, 프로세스, 파일 시스템, I/O 디바이스, I/O 요청 관리 등 운영체제의 중추적인 역할을 한다.