OS 운영체제

운영체제 종류

Windows

• Microsoft 개발
• GUI 기반
• 상용 OS
• 널리 사용 (개인/기업)
• NTFS 파일 시스템
• .exe 실행 파일

UNIX

• 벨 연구소 개발
• 다중 사용자/멀티태스킹
• 이식성 높음 (C언어)
• 계층 구조:
  • 커널(Kernel): 하드웨어 제어, 프로세스/메모리 관리
  • 쉘(Shell): 사용자-커널 인터페이스, 명령어 해석기
  • 유틸리티(Utility): 각종 응용 프로그램
  • 파일 시스템: 계층적 트리 구조, /(root)부터 시작
• 쉘 종류: Bourne Shell(sh), C Shell(csh), Korn Shell(ksh), Bash
• 서버용

Linux

• 오픈 소스
• UNIX 기반
• 리누스 토르발스 개발
• 배포판 다양 (Ubuntu, CentOS 등)
• 무료
• 서버/임베디드 시스템

macOS

• Apple 개발
• UNIX 기반
• GUI 우수
• Mac 전용
• 안정성/보안성
• Darwin 커널

Android

• Google 개발
• Linux 커널 기반
• 모바일 OS
• 오픈 소스
• Java/Kotlin
• 다양한 제조사

iOS

• Apple 개발
• UNIX 기반
• iPhone/iPad 전용
• 폐쇄형
• 보안 강화
• App Store

프로세스(Process)

프로세스 상태(Process State)

5-State Model:

• 생성(New): 프로세스 생성 중
• 준비(Ready): CPU 할당 대기
• 실행(Running): CPU 할당받아 실행
• 대기(Waiting/Blocked): I/O 완료 대기
• 종료(Terminated): 실행 완료

PCB (Process Control Block)

프로세스 관리 정보 저장

• 프로세스 ID(PID)
• 프로세스 상태
• 프로그램 카운터(PC)
• CPU 레지스터
• 메모리 관리 정보
• 스케줄링 정보
• I/O 상태 정보

문맥 교환(Context Switching)

• CPU를 다른 프로세스로 전환
• PCB 저장/복원
• 오버헤드(Overhead) 발생

프로세스 스케줄링 큐

• 작업 큐(Job Queue): 시스템 내 모든 프로세스
• 준비 큐(Ready Queue): 메모리에서 실행 대기
• 대기 큐(Device Queue): I/O 대기

CPU 스케줄링 알고리즘

비선점(Non-preemptive):

• FCFS: 먼저 온 순서
• SJF: 실행 시간 짧은 순
• HRN: 대기 시간 고려 우선순위
• Priority: 우선순위

선점(Preemptive):

• RR(Round Robin): 시간 할당량(Time Quantum)
• SRT: 남은 시간 짧은 순
• MLQ: 다단계 큐
• MLFQ: 다단계 피드백 큐

프로세스 동기화

임계 영역(Critical Section): 공유 자원 접근 코드

해결 조건:

• 상호 배제(Mutual Exclusion)
• 진행(Progress)
• 한정 대기(Bounded Waiting)

동기화 기법:

• Mutex: 상호 배제
• Semaphore: 정수형 변수 (P, V 연산)
• Monitor: 고수준 동기화

교착상태(Deadlock)

발생 조건(4가지 동시 만족):

• 상호 배제(Mutual Exclusion)
• 점유와 대기(Hold and Wait)
• 비선점(No Preemption)
• 순환 대기(Circular Wait)

해결 방법:

• 예방(Prevention): 4가지 조건 중 하나 제거
• 회피(Avoidance): 은행원 알고리즘(Banker’s Algorithm)
• 탐지(Detection): 자원 할당 그래프
• 회복(Recovery): 프로세스 종료/자원 선점

스레드(Thread)

• 프로세스 내 실행 단위
• 코드/데이터/힙 영역 공유
• 스택 영역 독립
• 문맥 교환 오버헤드 적음

IPC (Inter-Process Communication)

• 파이프(Pipe): 단방향 통신
• 메시지 큐(Message Queue): 메시지 전달
• 공유 메모리(Shared Memory): 메모리 공유
• 소켓(Socket): 네트워크 통신

스케줄링 알고리즘

FCFS=FIFO
SJF
RR
SRT

운영체제 명령어