제 8장 운영 체제 지원

제 8장 운영 체제 지원

컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어 구조

운영 체제 서비스(Operating System Service)

• 가장 중요한 시스템 프로그램

• 하드웨어의 디테일을 프로그래머한테 숨기고, 프로그래머에게 시스템을 이용하여 편리한 인터페이스를 제공

• OS는 전형적으로 이하의 서비스를 제공한다.

  1. Program Creation
  2. Program Execution
  3. Access to I/O devices
  4. Controlled access to files
  5. System access
  6. Error detection and response
  7. Accounting

인터페이스

• 전형적인 컴퓨터 시스템에 있는 중요한 인터페이스들
  • ISA(Instruction Set Architecture)
  • ABI(Application Binary Interface)
  • API(Application Programming Interface)

운영 체제에 대한 자원 관리자로서의 관점

• OS를 이용함으로써 성능 향상이 있느냐?
  • 모니터링과 권한 컨트롤를 이용하여 성능 향상을 이끌어냄.

운영 체제의 종류

• 대화형 시스템(Interactive System)
  • 유저와 프로그래머가 컴퓨터에게 잡(JOB)의 실행이나 트랜잭션(transaction)의 수행을 요구함으로써 상호작용한다.
• 배치 시스템(Batch System)
  • 컴퓨터 프로그램 흐름에 따라 순차적으로 자료를 처리하는 방식 system의 실행시간을 최대한 정확히 예측하는 장점을 가지고 있다.
  • 하나의 작업이 끝나기 전까지는 다른 작업을 할 수 없다.
  • 시간과 비용을 절감과 업무의 효율성을 향상도 높다.

Early Systems

• no OS 시절에 생기는 문제들
  • 스케쥴링
    • 유저가 시스템을 일찍 종료하면 컴퓨터의 자원이 낭비됨
  • 셋업 타임
    • 컴파일러 $+$ 소스 프로그램이 메모리에 로딩됨
    • 단일 프로그램을 돌릴 때도 사용되서 낭비됨

메모리 레이아웃

바람직한 하드웨어의 특징들

• 메모리 보호(Memory Protection)
• 명령어 특권(Privileged Instruction)
• 타이머
• 인터럽트

OS에 friedly하게 발전

OS를 통하여 발생하는 이득

• 멀티프로그래밍으로 시간 단축

Time Sharing System

• 유저가 직접 컴퓨터와 상호작용할 때 사용한다.
• 프로세서의 시간대가 다른 여러 유저들에 의해 공유된다.
• 여러 유저들이 터미널을 통하여 동시에 시스템에 접속할 때, OS는 각 유저 프로그램들의 실행을 상호 배치한다.

Batch Multiprogramming vs Time Sharing

	Batch Multiprogramming	Time Sharing
주 목표	프로세서 활용의 극대화	응답 시간 최소화
운영체제에게 특정 작업을 수행하도록 지시하는 명령이 발생하는 소스	잡이 언어를 제어한다(JCL) 명령이 잡에 의해 제공된다	터미널에 입력되는 명령

스케쥴링

Long-Term 스케쥴링

Medium-Term 스케쥴링과 Short-Term Scheduling

• Medium-Term
  • 너무 많은 process에 메모리를 할당해서 시스템의 성능이 저하되는 경우, 메모리에 적재된 process의 수를 조절하기 위한 스케줄러.
  • 주로 swapping을 통해 문제를 해결한다.
  • swapping-in decision은 멀티프로그래밍 차수를 관리의 필요성에 기반한다.
  • swapping-in decision은 swapped-out process의 메모리 요구 조건 또한 고려한다.
• Short-Term
  • CPU 스케줄러(CPU Scheduler)라고도 불린다.
  • ready 상태의 process 중에서 어떤 process를 다음 번에 running(실행) 상태로 만들지 결정한다.

일반적으로 스케줄러라고 하면, 단기 스케줄러를 의미하며 미리 정한 스케줄링 알고리즘에 따라서 CPU를 할당할 process를 선택한다.

프로세스 모델의 5가지 상태

프로세스 제어 블록

스케쥴링 예시

OS의 키 엘리먼트

프로세스 스케쥴링

메모리 관리 : 스와핑

메모리 관리 : 파티셔닝

다이나믹 파티셔닝의 효과

메모리 관리 : 페이징

요구 페이징(가상메모리)

• 프로그램 실행 시 프로세스를 구성하는 모든 페이지를 한꺼번에 메모리에 올리는 것이 아니라 당장 사용될 페이지만을 올리는 방식
• 특정 페이지에 대해 CPU의 요청이 들어온 뒤 해당 페이지를 메모리에 적재한다.
• 필요한 페이지만 메모리에 적재하기 때문에 메모리 사용량이 감소한다.
• 프로세스 전체를 메모리에 올리는 데 소요되는 입출력 오버헤드가 감소한다.
• 사용되지 않는 주소 영역에 대한 입출력이 줄어 응답시간이 줄어든다.
• 시스템이 더 많은 프로세스를 수용할 수 있게 해준다.
• 물리적 메모리의 제약을 벗어날 수 있다.

지역성(locality)의 원리

• 동일한 값 또는 해당 값에 관계된 스토리지 위치가 자주 액세스 되는 특성

• 참조지역성의 3가지 기본형 : 시간, 공간, 순차 지역성
  1) 공간(spatial) 지역성 : 특성 클러스터들의 기억 장소들에 대해 참조가 집중적으로 이루어지는 경향 으로, 참조된 메모리의 근처의 메모리를 참조.
  2) 시간(temporal) 지역성 : 최근 사용되었던 기억 장소들이 집중적으로 액세스 되는 경향으로, 참조했던 메모리는 빠른 시간에 다시 참조될 확률이 높다.
  3) 순차(sequential) 지역성 : 데이터가 순차적으로 액세스 되는 경향. 프로그램 내의 명령어가 순차적으로 구성되어있다는 것이 대표적인 경우.

반전 페이지 테이블 구조

Translation Lookaside Buffer(TLB)

Segmentation

매커니즘