Operating System Concepts - 운영체제의 작동

Operating System 작동

컴퓨터의 전원을 켜거나 재부팅 할 때와 같이 컴퓨터를 실행하려면 초기 프로그램을 실행해야 한다.

이 초기 프로그램(부트스트랩 프로그램)은 일반적으로 컴퓨터 하드웨어 내에 펌웨어로 저장된다.

부트스트랩 프로그램은 운영체제를 적재하는 방법과 해당 시스템 실행을 시작하는 방법을 알아야한다.

부트스트랩 프로그램이 운영체제 커널을 찾아 메모리에 적재한다.

일부 서비스는 커널이 실행되는 전체 시간 동안 실행되는 시스템 데몬 이 되기 위해 부팅할 때 메모리에 적재되는 시스템 프로그램에 의해 커널 외부에서 제공된다.

시스템 데몬 : 백그라운드에서 계속 실행되면서 특정 서비스를 제공하는 프로그램

Linux에서 첫 번째 시스템 프로그램은 “systemd” 이며 다른 많은 데몬을 시작한다.

시스템이 완전히 부팅되면 어떤 이벤트가 발생할 때까지 기다린다.

이벤트는 거의 인터럽트를 발생시켜 신호를 보내고, 이 인터럽트의 종류로는 하드웨어 인터럽트, 트랩, 오류, 소프트웨어 인터럽트등이 있다.

다중 프로그래밍과 다중 태스킹 (multiprogramming and multitasking)

다중 프로그래밍

CPU가 항상 하나 이상의 프로그램을 실행할 수 있도록하여 CPU 이용률을 높이고 사용자의 만족도를 높이는 프로그래밍. 이런 시스템에서 실행 중인 프로그램을 프로세스 라고 한다.

다중 프로그래밍 시스템을 위한 메모리 배치

운영체제는 이러한 프로세스 중 하나를 선택하여 실행하기 때문에 특정 프로세스가 다른 프로세스의 작업이 완료되기를 기다려야 할 수도 있다.

다중 태스킹

다중 프로그래밍의 논리적 확장이다. 멀티태스킹 시스템에서 CPU는 여러 프로세스를 전환하며 프로세스를 실행하지만 전환이 자주 발생하여 사용자에게 빠른 응답 시간을 제공하게 된다.

보통 사람이 사용하는 마우스, 키보드 등을 통한 입출력은 사람의 속도로 수행되므로, 완료까지 상당한 시간이 걸릴 수 있다.

이러한 대화식 입력 이 진행되는 동안 CPU를 쉬게 하지 않고, 운영체제는 CPU를 다른 사용자의 프로그램으로 신속하게 전환한다.

이중-모드와 다중모드 운용 (Dualmode and Multimode Operation)

운영체제와 사용자는 컴퓨터 시스템의 하드웨어 및 소프트웨어 자원을 공유하기 때문에 올바르게 설계된 운영체제는 잘못된 (또는 악의적인) 프로그램으로 인해 다른 프로그램 또는 운영체제 자체가 잘못 실행될 수 없도록 보장해야 한다.

따라서 시스템을 올바르게 실행하려면 운영체제 코드 실행과 사용자 정의 코드 실행을 구분할 수 있어야 한다.

사용자 모드에서 커널 모드로의 전환

운영체제는 두 개의 독립된 연산 모드, 사용자 모드와 커널 모드를 필요로 한다.

모드 비트 라고 하는 하나의 비트가 현재의 모드를 나타내기 위해 컴퓨터의 하드웨어에 추가되었다. 이 비트는 커널 모드(0) 또는 사용자 모드(1)를 나타낸다.

• 시스템 부트 시 하드웨어는 커널 모드에서 시작한다.

• 이후 운영체제가 적재되고 사용자 모드에서 사용자 프로세스가 시작된다.

• 트랩이나 인터럽트가 발생할 때마다, 하드웨어는 사용자 모드에서 커널 모드로 전환한다.(모드 비트를 0으로 변경)

  그러므로 운영체제가 컴퓨터의 제어를 얻을 때마다 항상 커널 모드에 있게 된다.

타이머 (Timer)

사용자 프로그램이 무한루프에 빠지거나 시스템 서비스 호출에 실패하여 제어가 운영체제로 복귀하지 않는 경우가 없도록 방지해야 한다.

이를 위해 타이머 로 지정된 시간 후 컴퓨터를 인터럽트 하도록 설정할 수 있다.

• 타이머 시간은 고정 혹은 가변 일 수 있으며, 가변 타이머는 일반적으로 고정률의 클록(fixed-rate clock)과 계수기로 구현된다.

사용자에게 제어를 양도하기 전에 운영체제는 타이머가 인터럽트를 할 수 있도록 설정되었는지를 확인한다.

타이머의 값을 변경하는 명령은 명백히 특권 명령이다.

특권 명령 : 커널 모드에서만 실행 가능한 특별한 명령어. 사용자 모드에서 실행하려고 하면 OS로 트랩을 건다.