[OS] 운영체제 서론: 운영체제를 공부하기에 앞서

학습할 교재

운영체제 교재 중 유명한 공룡 책을 이용하여 운영체제에 대해 공부해볼까 합니다. 사실 저희 학교 전공자 기준으로 3학년 필수 과목으로써 이미 수강한 과목이지만 학점 받기 급급했던 나머지 깊게 공부하지는 못했던 것 같아 새롭게 공부해보려고 합니다.

 

운영체제를 왜 공부해야 하는가?

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운영체제(operating system)는 컴퓨터 하드웨어를 관리하는 소프트웨어입니다. 운영체제는 또한 응용 프로그램을 위한 기반을 제공하며 컴퓨터 사용자와 컴퓨터 하드웨어 사이에서 중재자 역할을 수행합니다. 운영체제의 놀라운 점은 광범위한 컴퓨팅 환경에서 이러한 일들을 매우 다양한 방법으로 수행한다는 것입니다. 운영체제는 "사물 인터넷(Intet-net of Things)"을 포함하는 자동차와 홈 기기에서 스마트폰, 개인용 컴퓨터, 대형 컴퓨터 및 클라우드 컴퓨팅 환경까지 어느 곳에나 존재합니다.

 따라서 현대 컴퓨팅 환경에서 운영체제의 역할을 탐구하기 위하여 먼저 컴퓨터 하드웨어의 구성과 구조를 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 지식에는 CPU, 메모리 및 입출력 장치와 저장장치가 포함되며, 운영체제의 근본적인 책임은 이러한 자원들을 프로그램에 할당하는 것입니다.  또한 거의 모든 코드가 운영체제 위에서 실행되므로 운영체제 작동방식에 대한 지식은 적절하고 효율적이며 효과적이며 안전한 프로그래밍에 중요하기 때문입니다. 운영체제의 기본 지식, 컴퓨터 하드웨어 구동 방식 및 응용 프로그램에 제공하는 내용을 이해하는 것은 운영체제를 작성하는 사람들에게 필수적일 뿐만 아니라 그 위에서 프로그램을 작성하고 운영체제를 사용하는 사람들에게 매우 유용합니다.

 

운영체제가 할 일(What Operating Systems Do)

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컴퓨터 시스템은 대개 아래의 그림과 같이 네 가지 구성요소인 하드웨어, 운영체제, 응용 프로그램 및 사용자로 구분할 수 있습니다.

컴퓨터 시스템 구성요소에 대한 개략적 구성도

 하드웨어는 중앙 처리 장치(CPU), 메모리 및 입출력(I/O) 장치로 구성되어, 기본 계산용 자원을 제공합니다. 응용 프로그램인 워드 프로세서, 스프레드시트, 컴파일러, 그리고 웹 브라우저 등은 사용자의 계산 문제를 해결하기 위해 이들 자원이 어떻게 사용될지를 정의하며, 운영체제는 다양한 사용자를 위해 다양한 응용 프로그램 간의 하드웨어 사용을 제어하고 조정합니다.

 또한 우리는 컴퓨터 시스템이 하드웨어, 소프트웨어 및 데이터로 구성되어 있다고 불 수 있으며, 운영체제는 컴퓨터 시스템이 동작할 때 이들 자원을 적절하게 사용할 수 있는 방법을 제공합니다. 운영체제의 역할을 좀 더 완전히 이해하기 위하여 사용자와 시스템 두 관점에서 살펴보겠습니다.

(1) 사용자 관점(User View)

컴퓨터에 대한 사용자의 관점은 사용되는 인터페이스에 따라 달라집니다. 많은 컴퓨터 사용자는 랩톱 혹은 모니터, 키보드, 마우스로 구성된 PC 앞에서 작업합니다. 이러한 시스템은 한 사용자가 자원을 독점하도록 설계되었으며 목표는 사용자가 수행하는 작업을 최대화하는 것입니다. 이러한 경우 운영체제는 대부분 사용의 용이성을 위해 설계되고 성능에 약간 신경을 쓰고 다양한 하드웨어와 소프트웨어 자원이 어떻게 공유되느냐의 자원의 이용에는 전혀 신경을 쓰지 않습니다.

 점점 더 많은 사용자가 스마트폰 및 태블릿과 같은 모바일 장치(일부 사용자의 데스크톱 및 랩톱 컴퓨터 시스템을 대체하는 장치)와 상호 작용합니다. 이러한 장치는 일반적으로 셀룰러 또는 기타 무선 기술을 통해 네트워크에 연결되며, 모바일 컴퓨터용 사용자 인터페이스는 일반적으로 사용자가 실제 키보드와 마우스를 사용하지 않고 화면에서 손가락을 누르고 스와이프 하여 시스템과 상호작용하는 터치스크린이 특징입니다. 또한 많은 휴대 기기에서 사용자가 Apple의 Siri와 같은 음성 인식 인터페이스를 통해 상호 작용할 수 도 있습니다.

 일부 컴퓨터는 사용자 관점이 존재하지 않거나 매우 작은 예도 있습니다. 예를 들면, 가전제품이나 자동차 내의 내장형 컴퓨터는 숫자 키패드를 가지고, 상태를 보이기 위해 표시등을 켜고 끌 수 있지만 이들 컴퓨터나 운영체제와 응용 프로그램은 사용자의 개입 없이 작동하도록 설계되어 있습니다.

(2) 시스템 관점(System View)

컴퓨터의 관점에서 운영체제는 하드웨어와 가장 밀접하게 연관된 프로그램입니다. 따라서 우리는 운영체제를 자원 할당자(resource allocator)로 불 수 있습니다. 컴퓨터 시스템은 문제를 해결하기 위해 요구되는 여러 가지 자원들(하드웨어와 소프트웨어), 즉 CPU 시간, 매모리 공간, 저장장치 공간, 입출력 장치 등을 가집니다. 운영체제는 이들 자원의 관리자로서 동작하며 자원에 대해 서로 상충할 수도 있는 많은 요청이 있으므로, 컴퓨터 시스템을 효율적이고 공정하게 운영할 수 있도록 어느 요청에 자원을 할당할지를 결정해야 합니다.

 운영체제에 대한 다소 다른 관점은 여러 가지 입출력 장치와 사용자 프로그램을 제어할 필요성을 강조합니다. 운영체제는 제어 프로그램(control program)입니다. 제어 프로그램은 컴퓨터의 부적절한 사용을 방지하기 위해 사용자 프로그램의 수행을 제어합니다. 운영체제는 특히 입출력 장치의 제어와 작동에 깊이 관여합니다.

(3) 운영체제의 정의

일반적으로 운영체제에 대한 적합한 정의는 없습니다. 운영체제는 유용한 컴퓨팅 시스템을 만드는 문제를 해결할 수 있는 합리적인 방법을 제공하기 때문에 존재하며, 컴퓨터 시스템의 기본 목표는 프로그램을 실행하고 사용자 문제를 더욱 쉽게 해결할 수 있게 하는 것입니다.

 오늘날 모바일 기기의 운영체제를 살펴보면 운영체제를 구성하는 기능의 수가 다시 증가하고 있음을 알 수 있으며, 모바일 운영체제에는 종종 핵심 커널(컴퓨터에서 항상 실행되는 프로그램) 뿐만 아니라 미들웨어(응용 프로그램 개발자에게 추가 서비스를 제공하는 일련의 소프트웨어 프레임워크)도 포함됩니다. 예를 들어, Apple의 IOS 및 Google의 Android와 같이 가장 유명한 두 가지 모바일 운영체제 각각에는 데이터베이스, 멀티미디어 및 그래픽을 지원하는 미들웨어와 함께 핵심 커널이 포함되어 있습니다.

 요약하자면 운영체제는 커널, 미들웨어 프레임워크 및 시스템 실행 중에 시스템을 관리하는 데 도움이 되는 시스템 프로그램이 포함됩니다.