[면접을 위한 CS 전공지식 노트] 3.1. 운영체제와 컴퓨터

 

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🔑운영체제(OS, Operating System)

• 사용자가 컴퓨터를 쉽게 다루게 해주는 인터페이스
• 한정된 메모리나 시스템 자원을 효율적으로 분배함

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🔑운영체제의 역할

• CPU 스케줄링과 프로세스 관리
  • CPU소유권을 어떤 프로세스에 할당할 지, 프로세스의 생성, 삭제, 자원 할당 및 반환 관리
•  메모리 관리
  • 한정된 메모리를 어떤 프로세스에 얼만큼 할당해야 하는지 관리
• 디스크 파일 관리
  • 디스크 파일을 어떤 방법으로 보관할 지 관리
• I/O 디바이스 관리
  • 마우스, 키보드 등 입출력 장치와 컴퓨터 간에 데이터를 주고 받는 것을 관리

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🔑운영체제의 구조

유저 프로그램

GUI

시스템콜

커널

드라이버

하드웨어

• GUI
  • 사용자가 전자장치와 상호작용할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스의 한 형태
  • 아이콘을 클릭하는 단순한 동작으로 컴퓨터와 상호작용할 수 있게 해줌
  • GUI가 없고 CUI만 있는 리눅스 서버도 존재함
    • CUI : 명령어로 처리하는 인터페이스
• 커널
  • 운영체제의 핵심 부분으로 시스템콜 인터페이스를 제공함
  • 보안, 메모리, 프로세스, 파일 시스템, IO디바이스, IO요청 관리 등의 운영 체제의 중추적인 역할 수행
• 드라이버 : 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어
• 시스템 콜
  • 운영체제가 커널에 접근하기 위한 인터페이스
  • 유저 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널함수를 호출할 떄 사용함
  • 유저 프로그램이 I/O 요청으로 트랩을 발동하면 올바른 I/O요청인지 확인한 수 유저 모드가 시스템 콜을 통해 커널모드로 변환되어 실행함
    • I/O 요청 : 임출력 함수, 데이터베이스, 네트워크, 파일, 접근 등에 관한 일
  • 컴퓨터 자원에 대한 직접 접근을 차단하고 다른 프로그램으로부터 프로그램을 보호함
  • 프로세스나 스레드에서 운영체제로 어떤 요청을 할 때 시스템콜과 커널을 거쳐 운영체제로 전달됨
    프로세스/스레드 → 시스템 콜 → 커널 → 운영체제
  • 시스템콜은 하나의 추상화 계층으로 네트워크 통신이나 데이터베이스와 같은 낮은 단계의 영역 처리에 대한 부분을 많이 신경쓰지 않고 프로그램을 구현할 수 있음
    • modebit
      • 1 또는 0의 값을 갖는 플래그 변수
      • 시스템 콜 작동 시 modebit을 참고해 유저 모드와 커널 모드를 구분함
      • 해킹 등을 막기 위해 커널모드를 거쳐 운영체제를 통해 I/O디바이스가 작동하도록 함
      • 유저모드
        • 유저가 접근할 수 있는 영역을 제한적으로 두고 컴퓨터 자원에 함부로 침범하지 못하는 모드
        • modebit = 1
      • 커널모드 : 모든 컴퓨터 자원에 접근 가능함
      • 커널 : 운영 체제의 핵심

 

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🔑 컴퓨터의 요소

• CPU(Central Procession Unit)
  • 산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어있는 컴퓨터 장치로 계산을 담당함
  • 인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 실행함
  • 관리자의 역할을 하는 운영체제의 커널이 프로그램에 메모리를 올려 프로세스를 만들면 일꾼인 CPU가 처리함
  • 산술논리연산장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)
    • 논리 연산을 하는 디지털 회로
  • 제어장치(Control Unit)
    • 프로세스 조작을 지시하는 부품
    • 입출력 장치 간의 통신 제어, 명령어들을 읽고 해석, 데이터 처리를 위한 순서를 결정함
  • 레지스터
    • CPU안에 있는 매우 빠른 임시기억장치
    • CPU와 직접 연결되어있어 연산 속도가 메모리보다 수십, 수백배 빠름
  • CPU의 연산 처리
    • 제어장치가 메모리에 계산할 값을 로드하고 레지스터에도 로드함
    • 제어장치가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 산술논리연산장치에 명령함
    • 계산된 값을 제어장치가 다시 레지스터에서 메모리로 계산한 값을 저장함
  • 인터럽트
    • 어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것
    • 입출력 장치로 인한 인터럽트, 0으로 숫자를 나누는 산술 연산에서의 인터럽트, 프로세스 오류 등으로 인해 발생함
    • 인터럽트 발생 시 인터럽트 핸들러 함수가 모여 있는 인터럽트 벡터로 가서 인터럽트 핸들러 함수가 실행됨
      • 인터럽트 핸들러 함수
        • 인터럽트 발생 시 핸들링을 하기 위한 함수
        • 커널 내부의 IRQ를 통해 호출되며 request.irq()를 통해 함수 등록이 가능함
    • 인터럽트 간 우선 순위에 의해 실행됨
    • 하드웨어 인터럽트
      • IO 디바이스에서 발생함
      • 인터럽트 라인이 설계된 이후 순차적으로 인터럽트 실행을 중지하고 운영 체제에 시스템콜을 요청해 원하는 디바이스로 향해 디바이스에 있는 작은 로컬 버퍼에 접근해 일을 수행함
    • 소프트 인터럽트, 트랩
      • 프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템 콜을 호출할 때 발동함
• DMA 컨트롤러
  • I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치
  • CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어옴
    → DMA 컨트롤러가 CPU의 부하를 막아주고 CPU의 일을 부담함
  • CPU의 보조일꾼이라고 할 수 있음
  • 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지함
• 메모리
  • 전자 회로에서 데이터나 상태, 명령어등을 기록하고 이겅르 담당함
  • 보통 RAM을 일컬어 메모리라고도 함
  • 메모리가 크면 클수록 많은 일을 동시에 할 수 있음.

 

 

 

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취준(이력서, 자소서 작성)을 본격적으로 시작하고 spring공부도 다시 시작하면서 cs 공부에 소홀했던 몇 주.,...

다시 마음 잡고 여러마리 토끼 잡도록 해보자 아자자잣