본문내용
1. 운영체제의 개념과 특징
1.1. 운영체제의 정의 및 목적
운영체제의 정의 및 목적은 다음과 같다.
운영체제는 컴퓨터 하드웨어와 컴퓨터 사용자 간의 매개체 역할을 하는 것으로, 사용자가 프로그램을 수행할 수 있는 환경을 제공한다. 운영체제의 주된 목적은 크게 세 가지로 볼 수 있다.
첫째, 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 자원을 효율적으로 할당하고 관리·보호하는 것이다. 둘째, 사용자 프로그램의 오류나 잘못된 자원 사용을 감시하고 입출력 장치 등의 자원에 대한 연산과 제어를 관리하는 제어 프로그램으로서의 역할을 한다. 셋째, 사용자에게 컴퓨터의 프로그램을 쉽고 효율적으로 실행할 수 있는 환경을 제공하는 것이다.
이처럼 운영체제의 목적은 사용자가 프로그램을 수행할 수 있는 편리한 환경을 제공하고, 컴퓨터 시스템을 효율적으로 관리하는 데 있다고 할 수 있다.
1.2. 운영체제의 발전 및 변화
운영체제의 발전 및 변화는 크게 세 가지 시기로 나누어볼 수 있다.
첫 번째 시기는 1950년대부터 1970년대까지로, 이 때는 하드웨어 자원 관리가 운영체제의 가장 중요한 목표였다. 당시에는 기본적인 하드웨어 자원이 부족했고 다수의 사용자가 하나의 물리적 시스템을 함께 사용하는 환경이었기 때문에, CPU, RAM, HDD 등의 효율적인 관리 방안이 중요하게 대두되었다. 이에 따라 운영체제에 스왑(Swap) 영역, 디스크 관리 라이브러리 등의 핵심 기능이 추가되었다."
두 번째 시기는 1980년대로, 이 시기에 개인용 컴퓨터(데스크톱)가 등장하면서 운영체제의 초점이 사용자 편의성 강화로 바뀌게 되었다. 기존에는 컴퓨터가 전문가만 사용하는 것이라는 인식이 지배적이었으나, 일반 사용자들도 컴퓨터를 사용할 수 있는 환경이 조성되면서 운영체제의 역할이 하드웨어 관리에서 사용자 인터페이스 제공으로 변화한 것이다. 이에 따라 1990년대에 마이크로소프트의 윈도우와 애플의 MacOS가 기존의 명령어 기반 사용체계에서 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 기반으로 전환되었다."
세 번째 시기는 2000년대로, 이 시기에는 CPU 성능 향상, RAM과 HDD 용량 증가, 가격 하락으로 인해 고성능 시스템이 보편화되면서 자원 사용률이 낮아지고 유휴 자원이 발생하게 되었다. 이에 따라 가상화(Virtualization) 기술이 등장했고, 특히 서버 가상화 기술은 유휴자원을 활용하여 다수의 물리적 서버 대체, 멀티 운영체제 사용, 백업 및 업그레이드 운영, 보안 강화 등 다양한 분야에서 활용되었다. 이후 리눅스와 같은 오픈 소스 운영체제에서도 커널에 포함되거나 모듈로 제공되는 방식으로 서버 가상화 기술을 지원하게 되었다."
1.3. 운영체제의 주요 기능
1.3.1. 사용자 인터페이스 제공
운영체제는 사용자와 컴퓨터 시스템 간의 편리한 커뮤니케이션을 위해 사용자 인터페이스를 제공한다. 사용자 인터페이스는 사용자가 컴퓨터와 상호작용할 수 있게 해주는 소프트웨어적 접근법이다. 초기의 인터페이스는 명령행 인터페이스(CLI)로 사전에 정해진 컴퓨터 명령어를 사용자가 하나씩 입력하여 원하는 작업을 수행하는 방식이었다. 이는 전문성을 가진 사용자들에게는 어렵지 않았지만, 일반 사용자들에게는 매우 어려운 문제였다.
이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)는 창, 단추, 아이콘으로 이루어진 시각적인 환경에서 컴퓨터에 손쉽게 접근할 수 있도록 제공한다. 현재 대부분의 운영체제는 GUI를 지원하고 있으며, 마이크로소프트의 윈도우나 애플의 MacOS는 GUI를 커널에 통합하여 빠른 반응 속도를 내도록 하고 있다. 반면 유닉스나 리눅스 같은 운영체제들은 그래픽 하부 시스템을 커널과 분리시켜 모듈 형태로 지원하고 있다.
사용자 인터페이스 제공은 운영체제의 주요 기능 중 하나로, 사용자가 컴퓨터를 보다 편리하고 효율적으로 이용할 수 있도록 돕는다. 운영체제는 사용자와 컴퓨터 시스템 간의 원활한 상호작용을 위해 GUI와 같은 직관적인 사용자 인터페이스를 개발하고 제공한다. 이를 통해 사용자는 컴퓨터의 기능을 보다 쉽게 이해하고 활용할 수 있게 되었다.""
1.3.2. 하드웨어 관리 및 제어
운영체제는 하드웨어 장치를 관리 및 제어하는 중요한 기능을 담당한다. 운영체제는 하드웨어의 원활한 작동을 위해 중간매체로서 지원하며, 주요한 지원 방식에는 인터럽트 처리, 드라이버 제공, 네트워킹 기능 등이 있다.
첫째, 인터럽트 처리는 CPU와 하드웨어 간 특정한 지시를 위해 인터럽트를 요청하는 것이다. 운영체제는 각각의 하드웨어 장치로부터 발생하는 인터럽트를 처리하여 원활한 하드웨어 작동을 지원한다.
둘째, 운영체제는 각각의 하드웨어 장치가 운영체제에서 구동될 수 있도록 해당 장치를 위한 드라이버 소프트웨어를 제공한다. 드라이버는 하드웨어와 운영체제 간의 인터페이스 역할을 하여 장치의 제어와 관리를 담당한다.
셋째, 운영체제는 컴퓨터 시스템들의 연결과 네트워크 구성을 위한 소프트웨어를 제공한다. 이를 통해 하드웨어 간 통신 및 상호작용이 가능하도록 지원한다.
이와 같이 운영체제는 하드웨어 자원을 효율적으로 관리하고 제어하는 역할을 수행한다. 운영체제 내에는 프로세스 제어 블록(PCB)이라는 데이터 구조체가 존재하여 각 프로세스의 상태, 우선순위, 자원 정보 등을 관리한다. 또한 운영체제는 하드웨어의 다양한 특성을 추상화하여 사용자에게 일관된 인터페이스를 제공함으로써 사용자의 편의성을 높인다.
결과적으로 운영체제의 하드웨어 관리 및 제어 기능은 컴퓨터 시스템의 안정적이고 효율적인 운영을 가능하게 하는 핵심적인 역할을 담당한다.
1.3.3. 프로세스 및 메모리 관리
운영체제는 프로세스 및 메모리 관리라는 중요한 기능을 수행한다. 프로세스는 시스템을 동작시키고 동시에 수행되는 많은 활동을 관리한다. 운영체제는 프로세스 생성, 종료, 일시 정지, 재 시작, 깨우기 등과 같은 프로세스가 서비스할 때 수행하는 다양한 연산을 제공한다. 프로세스에 다음과 같은 기본적인 서비스를 수행한다. 프로세스 생성(create), 프로세스 소멸(destroy), 프로세스 일시 정지(suspend), 프로세스 재 시작(resume), 프로세스 우선순위 변경(change priority), 프로세스 블록(block), 프로세스 깨우기(wake up), 프로세스 디스패치(dispatch) 등이다. 프로세스는 작업을 수행하기 위해 중앙처리장치, 주기억장치, 파일, 입·출력 장치 등의 자원을 요구한다. 이러한 자원들은 프로세스가 생성될 때 그 프로세스에게 주어지게 된다. 시스템은 프로세스의 집합으로 구성되어 있고, 하나의 프로세스는 어떤 한 시스템에의 작업 단위로 나뉘어진다.
운영체제는 주기억장치와 관련하여 기억 장치의 어느 부분이 현재 사용되고 있으며 누구에 의하여 사용되고 있는지를 점검하고, 기억 공간이 어떤 프로세스들을 기억장치에 저장할 것인가를 결정하며, 기억공간을 할당하고 회수하는 역할을 한다. 주기억장치는 컴퓨터의 가장 중요한 구성요소로, 프로세서가 직접적으로 참조하고 처리하는 데이터와 명령어를 담고 있다. 운영체제는 주기억장치를 효율적으로 활용하기 위해 다양한 기법을 사용한다. 예를 들어, 프로세스에 메모리를 할당할 때 프로세스가 필요로 하는 크기만큼만 할당하고, 불필요해진 메모리 공간은 회수하여 다른 프로세스에게 재할당한다. 또한 가상메모리 기법...
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