운영체제란?

운영체제(Operating System)는 컴퓨터 시스템의 핵심 소프트웨어로서, 하드웨어와 응용 프로그램 간의 인터페이스 역할을 한다. 운영체제는 다양한 기능과 서비스를 제공하여 사용자 및 응용 프로그램이 시스템 자원을 효율적으로 활용할 수 있도록 지원한다.

운영체제의 역할과 기능

운영체제의 주요 역할과 기능은 다음과 같다:

  • 자원 관리(Resource management): CPU, 메모리, 입출력 장치 등의 시스템 자원을 효율적으로 관리하고 할당
  • 메모리 관리(Memory management): 물리적 메모리를 관리하고 가상 메모리 기술을 통해 메모리의 효율적인 사용을 지원
  • 입출력 관리(Input/output devices): 입출력 장치와의 효율적인 통신을 관리하고 입출력 작업을 스케줄링하여 시스템의 성능을 향상
  • 파일 시스템 관리(Disk access and file systems): 사용자 및 응용 프로그램이 시스템과 상호 작용할 수 있는 인터페이스를 제공

운영체제의 역사

운영체제는 컴퓨터 과학의 발전과 함께 역사를 거슬러 올라간다. 초기 컴퓨터에서는 운영체제가 없었고, 프로그램이 직접 하드웨어를 제어하며 실행되었다. 그러나 시간이 흐름에 따라 운영체제의 개념이 발전하고, 다양한 운영체제가 등장하였다.

  • 일괄 처리 시스템(batch processing system): 초기의 운영체제는 일괄 처리 시스템으로, 여러 사용자의 작업을 일괄적으로 처리하는 방식
  • 대화형 시스템(interactive system): 키보드와 모니터의 개발으로 컴퓨터와 사용자의 대화를 통해 작업이 이루어지는 시스템
  • 시분할 시스템(time-sharing system): 여러 사용자가 동시에 컴퓨터를 사용할 수 있도록 하여 대화형 인터페이스를 제공하는 시스템
  • 분산 시스템(distributed system): 여러 컴퓨터들이 네트워크로 연결되어 자원을 공유하고 협력하는 시스템
  • 클라이언트/서버 시스템(client/server system): 요청하는 클라이언트와 처리하는 서버의 이중구조로 나뉜다.
  • P2P 시스템(peer to peer): 중앙 집중형 서버 없이 여러 대의 컴퓨터가 직접적으로 서로 통신하여 파일이나 리소스를 공유하는 방식
  • 그리드 컴퓨팅(Grid Computing): 여러 대의 컴퓨터나 리소스를 네트워크로 연결하여 하나의 가상화된 컴퓨터처럼 사용하는 컴퓨팅 시스템
  • 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing): 인터넷을 통해 가상화된 컴퓨팅 리소스를 제공하는 컴퓨팅 시스템

운영체제의 구성

커널(kernel)

  • 커널은 프로세스 관리, 메모리 관리, 저장장치 관리와 같은 운영체제의 핵심 기능을 구현한 프로그램이다.

인터페이스(interface)

  • 인터페이스는 커널에 명령을 전달하고 실행 결과를 사용자와 프로그램에 돌려준다.

시스템 호출(System Calls):

  • 응용 프로그램이 운영체제의 서비스를 요청할 때 사용하는 인터페이스.
  • 시스템 호출을 통해 운영체제의 기능을 호출하고 실행할 수 있다.

커널의 역할

  • 자원 관리(Resource management): CPU, 메모리, 입출력 장치 등의 시스템 자원을 효율적으로 관리하고 할당
  • 메모리 관리(Memory management): 물리적 메모리를 관리하고 가상 메모리 기술을 통해 메모리의 효율적인 사용을 지원
  • 입출력 관리(Input/output devices): 입출력 장치와의 효율적인 통신을 관리하고 입출력 작업을 스케줄링하여 시스템의 성능을 향상
  • 파일 시스템 관리(Disk access and file systems): 사용자 및 응용 프로그램이 시스템과 상호 작용할 수 있는 인터페이스를 제공
  • 프로세스 관리(Process Management): 프로세스 생성, 스케줄링, 동기화, 통신 등과 관련된 작업을 관리
  • 사용자 인터페이스(User Interface): 사용자와 시스템 간의 상호작용을 위한 인터페이스를 제공
  • 네트워킹(Networking): 네트워크 관련 기능을 제공

커널의 종류

  • 단일형 커널(Monolithic Kernel): 모든 운영체제의 기능을 하나의 단일한 커널 내에 구현하는 형태
  • 계층형 커널(Layered Kernel): 계층간의 통신을 통해운영체제를 구현하는 방식
  • 마이크로 커널(Micro Kernel): 프로세스 관리, 메모리 관리등의 가장 기본적인 기능만 제공
  • 하이브리드 커널(Hybrid Kernel): 단일형 커널과 마이크로 커널의 장점을 결합한 형태. 일부 기능은 커널 내부에 구현되고, 다른 기능은 사용자 공간에 위치.
  • 나노 커널(Nano Kernel): 가장 작은 기능만을 내부에 구현하고, 대부분의 기능은 사용자 모드에서 실행되는 형태. 널의 크기를 최소화하여 빠른 부팅과 작은 메모리 사용량이 특징

컴퓨터의 기본 구성