1 장 운영체제 개념

1. 1장 운영체제 개념 29-Nov-14

2. I. 개요 • 개요 • 사용자 인터페이스 • 사용자의 입장 • 컴퓨터 사용의 편리성 제공 • 자원 관리 • 다중 사용자 시스템에서의 관리 • 다중 태스킹 시스템에서의 관리

3. 2. 운영체제의 종류 • 단일 사용자 vs. 다중 사용자 • 동시에 컴퓨터 시스템을 사용하는 사용자 수 • 단일사용자 • 시스템의 모든 자원들이 한 사용자에게 귀속 • 운영체제는 사용자에 대한 관리만 수행 -> 단순 • 다중 사용자 • 시스템의 각 자원을 여러 사용자가 공유 • 운영체제는 실행 뿐만 아니라 자원 보호에 대한 책임을 수행 -> 복잡 • 단일 태스킹(tasking) vs. 다중 태스킹 • 단일 태스킹 • 운영체제가 한번에 하나의 작업만을 수행 • 메모리와 CPU는 하나의 프로그램만을 적재, 실행 • 다중 태스킹 • 동시에 여러 프로그램 실행 가능 • 여러 프로그램이 메모리에 적재, CPU는 번갈아 실행

4. 2. 운영체제의 종류 • 사용 환경에 따른 구분 • 일괄 처리 시스템 • 사용자의 작업 요청을 모아 한꺼번에 실행 • 천공 카드 등의 형태로 운영 • 시분할(time sharing) 시스템 • 터미널 + 통신 + 시분할 • CPU를 일정 시간(time slice)만큼 번갈아 사용 • 대화식 처리가 가능 • 분산 시스템 • 컴퓨터 시스템이 고속의 버스 등을 통하여 상호 연결 • 자원 공유, 연산의 병행 수행등으로 속도 및 신뢰성 향상 • 실시간 시스템 • 작업이 제한 시간(deadline)내에 완료 • 그렇지 못한 경우 치명적 결과 • ex) FA, 군사적 장치

5. 3. 운영체제의 기능 Applications user Compiler, Assembler, Loader, Debugging Aids, Editor, DB, ... Mem Mgmt Process Mgmt File Mgmt I/O Mgmt O S library file directory paging segment scheduler traffic control Spooling buffer H / W

6. 3. 운영체제의 기능 • 프로세스 관리 • 프로세스 상태, 프로세스의 요청, 사건의 대기, 총 실행 시간등에 대한 정보를 유지, 관리 • 기억장치 관리 • 프로그램 수행에 필요한 정보들을 적재 • 메모리의 효율적 관리 • 파일 관리 • 사용자의 요청에 따라 주어진 영역에 저장/접근 • 사용자의 파일들을 관리, 유지 • 입출력 관리 • 프로세스의 입출력 요구의 실행 • 인터럽트의 처리

7.  프로세스의 상태 전이 Processor management Finish I/O Management Memory management Processor Release I/O Start I/O Processor Creation Device management Memory Release File Management Processor Management Device Release Process Scheduler Ex) Read Call Processor management traffic controller Send Blocked Process Run 5 Processor management traffic controller Processor management traffic controller Processor State Wait 4 Processor management ex) Process Scheduler Timer Signal 3 Processor Management 6 Ready Submit 1 Hold 2 Memory management Memory Allocation Device Management Ex) Spooling Processor management Ex) Job Scheduler Job Scheduler Creation Processor for Job Possible Memory Call Processor Management Ex) Traffic controller Request Space Can use Device ? Information Management Ex) File system Device Management Ex) I/O traffic Controller Memory Management

8. 4. 운영체제의 발전과정(1) • 초기 컴퓨터 • H/W만 존재, 모든 운영을 전문 프로그래머가 수행 • 수행방법 • 기계어로 프로그램 작성 • 수작업으로 기억장치에 적재 • 시작 주소를 조정하여 프로그램 수행 시작 • 프로그래머가 수행과정 감시 • 특징 • 프로그래머가 프로그램 작성, 시스템 조작 • 기계 사용은 신청이나 예약 기법을 이용 • 새로운 하드웨어 및 소프트웨어 추가 개발 • 장치 - 카드 판독기 라인 프린터, 자기테이프 등 • 자동화 라이브러리 - 어셈블러, 로더, 링커 • 입출력 루틴 - device driver • 컴파일러 - FORTRAN, COBOL등.

9. 4. 운영체제의 발전과정(2) • 상주 모니터 • 초기컴퓨터의 문제점 : CPU의 idle time 발생,고가의 컴퓨터 • 기능 • idle time줄이기 위해 자동 작업순서위한 프로그램 개발 • 특성 • 모니터가 주기억장치에 상주 • 다음 프로그램 수행이 자동으로 전환 • 작업 제어 카드 활용 인터럽트 벡터 Device driver 상주 모니터 작업 제어 카드 제어 카드 해석기 경계 레지스터 사용자 프로그램 영역

10. 4. 운영체제의 발전과정(3) • 일괄처리 시스템(batch processing system) • 입력되는 자료를 일정기간(일정량) 모아 한꺼번에 처리 • 장단점 • 초기 시스템보다 효율적으로 사용 • turn around time이 길다. • 적절한 제어카드를 제공 • 프로그램의 오류 수정작업이 어려움 • CPU가 idle state가 되기 쉬움

11. 4. 운영체제의 발전과정(4) • On-line system • CPU와 주변 장치가 on-line으로 연결 • 사용자가 OS나 프로그램에 직접 명령을 주고 응답을 받음 • 장단점 • 짧은 응답시간 • 결과 즉시 출력 - 프로그램 검사와 개발에 유용성 제공 • 상당한 유휴시간이 생김

12.  Buffering vs. Spooling • Buffering • m/m에 버퍼를 할당하여 CPU와 입출력사이의 유휴시간 감소 프로그램  CPU    버퍼 channel printer  • Spooling • disc의 일부를 스풀 공간으로 지정, 매우 큰 버퍼처럼 사용 • 다수의 프로세스가 입출력을 동시에 수행 Disc Printer Card reader CPU

13. 4. 운영체제의 발전과정(5) • 다중프로그래밍 시스템(multi-programming system) • 기억장치에 다수의 프로그램 적재, 운영 • CPU이용률 높임 • 개발동기 • buffering과 spooling이용하더라도 idle time 발생 • 특징 • 입출력시의 idle time 줄임 • 기억장치 관리와 CPU 스케줄링등 여러 프로그램 관리 기능 추가 P1 P1 P1 모니터 P2 P2 P2 프로그램 1 P3 P3 P3 프로그램 2 …. P1 P2 P3 P1 P2 P3 P1 P2 P3 프로그램 n 기억장치 구성 실행과정

14. CRT CRT TTY 4. 운영체제의 발전과정(6) • 시분할 시스템(Time Sharing System) • 다중 프로그래밍 기능의 확장된 개념 • 수행 방법 • 제출된 프로그램들에 대해 일정한 시간(time slice)의 CPU 사용권 부여 • multi-user 시스템은 대부분 이 기법을 적용 CPU M/M 큐 I/O

15. User Job Management Information Management File Create / Delete File Open / Close File Read / Write) (Job Mgt) Peripheral Device Management State Recognition of I/O Device I/O Schedule Start I/O Process (File System) Processor Management (High level) Process Create / Kill Process Send / Receive Process Stop / Start I/O Mgt Operating System Core P. Mgt(Upper bound) Main Memory Management Allocation of Main Memory Release of Main Memory Processor Management (Low level) Process Scheduling Synchronization M. Mgt P. Mgt(Lower bound) Kernel H/W H/W Viewpoint of Resource Management (Hierarchical viewpoint)

16. 1950 1960 1970 1980 Multics Mainframes  Distributed system Compilers Time- shared No software Multi-user batch Resident monitors 1960 1970 1980 Unix Minicomputers  No software Compilers Multi-user Time- shared Resident monitors 1970 1980 Unix Microcomputers  Compilers No software interactive Resident monitors Multi-user Evolution Process of O.S

17. I. OS • 5. A Kind of O.S • 1) Early system • Depend on Computer H/W • 2) Batch processing systems • Compiler, Loader, Job control card => Job Sequencing • 3) Multiprogramming • Maximize use of CPU P1 P2

18. I. OS • 4) Time-Sharing(Multitasking) • - Transformation of multiprogramming • - User sharing by short time quantum on interactive Terminal •  Each user is under on illusion to monopolize System • 5) Real time • - For special purpose O.S of Control Device • ex) sensor or watch( observation ) • - Hard Real time : Critical task on time • - Soft Read time : less restrictive   CPU M I/O 

19. I. OS • 6) Parallel Systems : System consisted of multiple processors • - For Speed up, Throughput increment • Symmetric multiprocessing Model • : The same OS • Asymmetric multiprocessing Model • : Master Processor controls the System • = Tightly coupled system • : Processors share the memory and the clock P1 P2 Pn Memory

20. I. OS • 7) Distributed Systems • = Loosely coupled system • : Each processor has its own local Memory and Clock • : Communicate Bus, various Lines • - The Reasons for building distributed system • Resource sharing • Computation speed up  Local sharing • Reliability • Communication : Network exchange information downsizing MSG P2 : RPC P1