01. 운영체제와 컴퓨터
하드웨어와 소프트웨어(유저 프로그램)를 관리하는 일꾼인 운영체재(OS) 와 CPU, Memory 등으로 이루어진 컴퓨터를 알아보자
운영체제의 역할
- CPU 스케줄링과 프로세스 관리
- CPU 소유권을 어떤 프로세스에 할당할지, 프로세스의 생성과 삭제, 자원 할당 및 반환을 관리
- 메모리 관리
- 한정된 메모리를 어떤 프로세스에 얼만큼 할당해야 하는지 관리
- 디스크 파일 관리
- 디스크 파일을 어떠한 방법으로 보관할지 관리합니다.
- I/O 디바이스 관리
- 마우스, 키보드와 컴퓨터 간에 데이터를 주고받는 것을 관리합니다.
운영체제의 구조
용어정리
- GUI 사용자가 전자장치와 상호 작용할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스의 한 형태, 마우스로 클릭하는 단순한 동작으로
- 드라이버 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어
컴퓨터와 상호 작용 할 수 있도록 해준다.
시스템콜
- 운영체제가 커널에 접근하기 위한 인터페이스
- 유저 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출할 때 쓴다.
유저 프로그램이 I/O 요청으로 트랩을 발동하면 올바른 I/O 요청인지 확인한 후 유저모드가 시스템콜을 통해 커널모드로 변환되어 실행된다.
예를들어 I/O 요청인 fs.readline() 이라는 파일 시스템의 파일을 읽는 함수가 발동했다고 하면,
유저모드에서 파일을 읽지 않고 커널모드로 들어가 파일을 읽고 다시 유저모드로 돌아가 그 뒤에 있는 유저 프로그램의 로직을 수행하게 된다.
이 과정을 통해 컴퓨터 자원에 대한 직접 접근을 차단할 수 있고, 다른 프로그램으로부터 보호할 수 있습니다.
용어정리
- 유저모드 유저가 접근할 수 있는 영역을 제한적으로 두며 컴퓨터 자원에 함부로 침범하지 못하는 모드
- 커널모드 모든 컴퓨터 자원에 접근할 수 있는 모드
- 커널 운영체제의 핵심 부분이자 시스템콜 인터페이스를 제공하며 보안, 메모리, 프로세스, 파일 시스템, I/O 디바이스
I/O 요청 관리 등 운영체제의 중추적인 역할을 한다.
02. 컴퓨터의 요소
컴퓨터는 CPU, DMA 컨트롤러, 메모리, 타이머, 디바이스, 컨트롤러 등으로 이루어져 있습니다.
- CPU (Central Processing Unit)
산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치를 말하며, 인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행하는 일꾼입니다.
관리자 역할을 하는 OS의 커널이 프로그램을 메모리에 올려 프로세스로 만들면 일꾼인 CPU가 이를 처리한다.
- 제어장치
제어장치(CU, Control Unit) 는 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품입니다.
입출력장치 간 통신을 제어하고 명령어들을 읽고 해석하며 데이터 처리를 위한 순서를 결정합니다.
- 레지스터
레지스터는 CPU 안에 있는 매우 빠른 임시기억장치를 말합니다.
CPU 와 직접 연결되어 있으므로 연산 속도가 메모리보다 수십 배에서 수백 배까지 빠릅니다.
CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없기 때문에 레지스터를 거쳐 데이터를 전달합니다.
- 공통점
- 어떤 명령어나 데이터를 저장해두는 공간
- 차이점
- 캐시는 CPU 와 별도로 있는공간 - 메인메모리와 CPU 간의 속도차이 극복하기 위한 것
- 레지스터는 CPU안에서 연산을 처리하기 위하여 데이터를 저장하는 공간
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