[OS] 운영체제의 역할, 구조

운영체제란 ?

• 운영체제(Operating System, OS)는 사용자가 컴퓨터를 쉽게 다루고 해주는 인터페이스입니다. 
• 또한 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리하는 일종의 소프트웨어

 

운영체제 종류

• EX) Window, MAC OS, Unix, Linux, Android, IOS 등

운영체제의 역할

크게 네 가지가 있습니다.

 

1. CPU 스케쥴링, 프로세스 관리 

CPU 소유권을 어떤 프로세스에게 할당할지, 프로세스의 생성과 삭제, 자원 할당 및 반환을 관리

 

2. 메모리 관리

한정된 메모리를 어떤 프로세스에 얼만큼 할당해야 할 지 관리

 

3. 디스크 파일 관리

디스크 파일을 어떤 방법으로 보관할지 관리

 

4. 하드웨어 관리 및 하드웨어 인터페이스 제공

I/O 디바이스인 마우스, 키보드와 컴퓨터 간 데이터를 주고받는 것을 관리하고 복잡한 과정없이 하드웨어 장비를 사용할 수 있도록 하드웨어 인터페이스 (= 소프트웨어) 제공  

 

한마디로 정리하면 운영체제는 하드웨어를 관리하고, 중앙처리장치, 기억장치, 입출력 장치라는 컴퓨터의 자원을 사용자가 효율적으로 활용할 수 있도록 관리하는 경영자 역할을 하는 시스템 소프트웨어입니다.

운영체제의 구조

 

유저 프로그램인 응용프로그램, 유틸리티가 맨 위에 있고 그 다음으로 GUI, 시스템 콜, 커널, 드라이버가 있으며 가장 밑에 하드웨어가 있는 구조입니다.

 

여기서 GUI, System Call, Kernel, Driver 부분이 바로 운영체제를 지칭합니다. 참고로 GUI가 없고 CUI만 있는 리눅스 서버도 있습니다.

 

1.  GUI 

• 사용자가 전자 장치와 상호작용 할 수 있도록 하는 인터페이스
• CUI : 그래픽이 아닌 명령어로 처리하는 인터페이스

2. System call 

• 운영체제가 Kernel에 접근하기 위한 인터페이스이며, 유저 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출할 때 사용합니다.

 

 

운영체제에서는 커널 모드, 사용자 모드로 나뉘어 구동되는데, 프로그램이 구동되는데 있어 파일을 읽거나 쓰거나 출력하는 등 많은 부분(I/O 요청에 대한 처리)이 커널 모드를 사용하고, 시스템 콜은 이러한 커널 영역의 기능을 사용자 모드가 사용 가능하게, 즉 프로세스가 하드웨어에 직접 접근하여 필요한 기능(I/O 요청)을 사용할 수 있게 해줍니다.

• 사용자 모드 : I/O 에 대한 요청을 확인하고 커널 모드로 변환 ( 유저가 접근할 수 있는 영역을 제한적으로 두어 자원에 함부로 접근하지 못하는 모드)
• 커널 모드 : I/O 에 대한 실제적 처리 ( 모든 컴퓨터 자원에 접근할 수 있는 모드 )

이 과정을 통해 컴퓨터 자원에 대한 직접 접근을 차단할 수 있고 프로그램을 다른 프로그램으로부터 보호할 수 있습니다.

 

ModeBit

• 시스템 콜의 modebit는 사용자 모드(1)과 커널모드(0) 사이를 전환하기 위한 비트입니다.
• 사용자 모드에서 시스템콜을 호출하면, 커널 모드로 전환되어 시스템콜 함수를 실행하고, 실행이 완료되면 다시 사용자 모드로 돌아갑니다
• 사용자 모드에서는 시스템 콜을 못하도록 막아서 한정된 일만 수행할 수 있음.
• 유저 프로그램이 카메라를 이용하려고 한다.
  • 1. 사용자 모드에서 시스템 콜 호출하여 modebit 1 -> 0
  • 2. 커널 모드에서 자원을 이용한 로직 수행
  • 3. modebit 0 -> 1 
  • 4. 사용자 모드에서 이후 로직 수행

 

3. Kernel

운영체제의 핵심 부분이자 System Call 인터페이스를 제공하며 보안, 메모리, 프로세스, 파일시스템 , I/O 디바이스, I/O 요청 관리 등 운영체제에서 중추적인 역할을 합니다.

 

따라서, 커널의 안정성과 보안성 = 운영체제의 안정성과 보안성에 직접적인 영향을 미치며, 운영체제 전체의 안정성과 보안성을 결정짓는 중요한 요소

 

4. Driver

하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어