Operating System Structures

운영체제 구조

운영체제에서 제공해야하는 서비스

1. 사용자 인터페이스: GUI, Touch Screen Interface, Command Line Interface (운영체제가 제공하는 인터페이스)
2. 프로그램 수행: 프로그램 적재 및 실행, 종료 (비정상 종료도 포함)
3. 입출력 연산: 입출력 수행 수단 제공
4. 파일 시스템 조작: 파일 생성, 삭제, 소유권 확인등 파일 시스템 제공
5. 통신: 프로세스간 정보 교환 방식 제공 (공유 메모리, 메시지 전달등)
6. 오류 탐지: 각 유형의 오류에 대한 적당한 조치 제공
7. 자원 할당: 실행중인 다수 프로세스에 자원 할당 및 관리
8. 기록 작성 (Logging): 프로그램이 사용중인 컴퓨터 자원 추적, 사용통계
9. 보호, 보안: 프로세스 소유권, 시스템 보호 및 보안

운영체제가 제공하는 인터페이스

1. Command Interpreter: 명령어 해석기 (Shell) 셀 스크립트: 셸 명령어 모음 a. 명령어 자체가 실행할 코드를 포함할 경우: 해석기의 크기 증가 b. 시스템 프로그램으로 처리: 해석기는 메모리에 적재되어 실행할 파일 식별 (rm file1.txt)
2. Graphical User Interface
3. Touchscreen Interface

시스템 구성요소와 구성요소간 연결

1. System Call

운영체제에 의해 사용 가능하게된 서비스에 대한 인터페이스 제공

• RTE(실행시간 환경): 시스템 콜 인터페이스 제공, 특정 응용프로그램을 실행하는데 필요한 전체 소프트웨어와 라이브러리 또는 로더와 같은 소프트웨어
• 시스템 콜 인터페이스: API 함수의 호출을 가로채 운영체제에 필요한 시스템 콜 호출
• 운영체제 매개변수 전달
  • 레지스터를 통해 전달
  • 블록 방법: 매개변수를 메모리 내 블록이나 테이블에 저장, 레지스터에 해당 메모리 주소 저장
  • 스택 방법: 프로그램은 매개변수를 스택에 푸시, 운영체제는 스택의 값을 팝
• 시스템 콜 유형
  1. 프로세스 제어: 새로운 프로세스 생성, 프로세스 속성 결정 및 재설정, 프로세스 종료, 프로세스 생성 후 일정 시간만큼 대기 및 특정 이벤트가 일어날 때 까지 대기, 프로세스 잠금(공유 데이터 일관성 제공)
  2. 파일 관리: 파일 생성, 삭제, 열기, 읽기, 쓰기, 위치 변경, 되감기, 파일 닫기, 파일 및 디렉토리 속성 설정 및 흭득
  3. 장치 관리: 운영체제에 의해 제어되는 다양한 자원을 장치로 간주, 장치 사용 요청 및 방출, 장치 읽기 및 쓰기, 위치 변경 (많은 운영체제가 파일과 장치를 File device structure로 결합)
  4. 정보 유지 관리:시간, 날짜, 운영체제 정보와 같은 시스템 정보 제공, 프로세스 정보 제공
  5. 통신: 각 프로세스는 프로세스 이름을 가지고 있으며, 운영체제에 의해 동등한 식별자로 변환
     1. 메시지 전달
     2. 공유 메모리
  6. 보호

Application Programming Interface

응용프로그래머가 사용 가능한 함수의 집합 명시, UNIX와 Linux 시스템의 경우 C언어로 제공되는 프로그램을 위해 libc 라이브러리 제공 ex) Windows API, POSIX API, Java API

2. 시스템 서비스

시스템 유틸리티 제공 (프로그램 개발과 실행을 위해 더 편리한 환경 제공)

• 파일 관리
• 상태 정보
• 파일 변경
• 프로그래밍 언어 지원
• 프로그램 적재 및 수행: Absolute loader, Relocatable loader, Linkage Editor, Overlay loader등 제공
  • 링커와 로더
• 통신: 프로세스, 사용자, 컴퓨터 시스템 사이 가상 접속을 위한 기법 제공
• 백그라운드 서비스 Daemon 서비스: 항상 실행되는 시스템 프로그램 프로세스 (서비스, 서브시스템)

3. 운영체제 구조

1. 모놀리식
2. 계층적
3. 마이크로커널
4. 모듈
5. 하이브리드

시스템 부트

부팅: 커널을 적재하여 컴퓨터 시작하는 과정

1. 부트스트랩 프로그램 혹은 부트로더가 커널위치 탐색
2. 커널 메모리에 적재 및 실행
3. 커널이 하드웨어 초기화
4. 루트 파일 시스템 마운트

다단계 부팅:

1. BIOS(소형 부트로더) 실행
2. 부트 블럭에 위치한 두번째 부트로더 적재 (소형 부트로더의 임무)
3. 전체 운영체제를 메모리에 적재 및 실행

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface): 하나의 부팅 관리자, 다단계 BIOS 부팅 과정보다 빠르다. GRUB: 공개 소스 부트 스트랩 프로그램, 부팅 시 커널 매개변수 수정 및 부팅 가능한 커널 선택 가능