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아래 글은 CS(컴퓨터 과학) 관련 개념 정리 및 작성자 공부를 위해 작성되었습니다.

📃 참고자료

• https://youtu.be/keY9Wi7scEs

# SPN (Shortest Process Next)

• Non preemptive scheduling
• 스케줄링 기준 (Criteria)
  - 실행시간 (burst time 기준)
  - Burst time 가장 작은 프로세스를 먼저 처리
      -> SJF(Shortest Job First) scheduling

장점

• 평균 대기시간(WT) 최소화
• 시스템 내 프로세스 수 최소화
  - 스케줄링 부하 감소, 메모리 절약 -> 시스템 효율 향상
• 많은 프로세스들에게 빠른 응답 시간 제공

단점

• Starvation (무한대기) 현상 발생
  - BT가 긴 프로세스는 자원을 할당 받지 못 할 수 있음
    -> Aging 등으로 해결 (e.g., HRRN)
• 정확한 실행시간을 알 수 없음
  - 실행시간 예측 기법이 필요

# SRTN (Shortest Remaining Time Next

• SPN의 변경
• Preemptive scheduling
  - 잔여 실행 시간이 더 적은 프로세스가 ready 상태가 되면 선점됨

장점

• SPN의 장점 극대화

단점

• 프로세스 생성 시, 총 실행 시간 예측이 필요함
• 자연 실행을 계속 추적해야 함 = overhead
• Context switching overhead

* 구현 및 사용이 비현실적

# HRRN (High Response Ratio Next)

• SPN의 변형
  - SPN + Aging concepts, Non preemptive scheduling
  
  
• Aging concepts
  - 프로세스의 대기 시간(WT)을 고려하여 기회를 제공
  
  
• 스케줄링 기준 (Criteria)
  - Response ratio 가 높은 프로세스 우선

- SPN의 장점 + Starvation 방지
- 실행 시간 예측 기법 필요 (overhead)

* WT = Waiting Time, BT = Burst Time

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📃 참고자료

• https://youtu.be/r1JVA7yOPAM

# 기본 스케쥴링 알고리즘(Basic Scheduling Algorithms)

FCFS (First Come First Service)

• Non Preemptive scheduling
• 스케쥴링 기준 (Criteria)
  - 도착 시간 (ready queue 기준)
  - 먼저 도착한 프로세스를 먼저 처리
• 자원을 효율적으로 사용 가능
  - High resource utilization
• Batch system에 적합, interactive system에 부적힙

단점

• Convoy effect
  - 하나의 수행시간이 긴 프로세스에 의해 다른 프로세스들이 긴 대기시간을 갖게 되는 현상
     (대기시간 >> 실행 시간)
• 긴 평균 응답시간(Response time)

라운드 로빈 (Round Robin)

• Preemptive scheduling
• 스케쥴링 기준 (Criteria)
  - 도착 시간 (ready queue 기준)
  - 먼저 도착한 프로세스를 먼저 처리
• 자원 사용 제한 시간 (time quantum)이 있음
  - System parameter
  - 프로세스는 할당된 시간이 지나면 자원 반납 -> Timer runout
  - 특정 프로세스의 자원 독점(Monopoly) 방지
  - Context switch overhead가 큼
• 대화형, 시분할 시스템에 적합
• Time quantum(제한 시간)이 시스템 성능을 결정하는 핵심 요소
  - Very large (infinite) -> FCFS
  - Very smal time quantum -> processor sharing
     => 사용자는 모든 프로세스가 각각의 프로세서 위에서 실행되는 것처럼 느낌
          (체감 프로세서 속도 = 실제 프로세서 성능의 1/n)
• High context switch overhead

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📃 참고자료

• https://youtu.be/_gNeoGQx-Tc

- 다중프로그래밍 (Multi-programming)

• 여러개의 프로세스가 시스템 내 존재
• 자원을 할당 할 프로세스를 선택 해야 함
  - 스케쥴링 (Scheduling)
  
  

* 자원 관리

• 시간 분할 (time sharing) 관리
  - 하나의 자원을 여러 스레드들이 번갈아 가며 사용
  - 예) 프레세서 (Processor)
  - 프로세스 스케쥴링 (Process scheduling) -> 프로세서 사용 시간을 프로세스들에게 분배
• 공간 분할 (space sharing) 관리
  - 하나의 자원을 분할하여 동시에 사용
  - 예) 메모리 (memory)

-  스케줄링 (Scheduling)의 목적

• 시스템의 성능(performance) 향상

대표적 시스템 성능 지표 (index)

• 응답시간 (response time)
  - 작업 요청 (submission)으로부터 응답을 받을때까지의 시간
• 작업 처리량 (throughput)
  - 단위 시간 동안 완료된 작업의 수
• 자원 활용도 (resource utilization)
  - 주어진 시간 동안 자원이 활용된 시간

* 목적에 맞는 지표를 고려하여 스케줄링 기법을 선택

-  시스템 성능 지표들

• 평균 응답 시간 (mean response time)
  - 사용자 지향적, 예) interactive systems
• 처리량 (throughput)
  - 시스템 지향적, 예) batch systems
• 자원 활용동 (resource utilization)
• 공평성 (fairness)
  - 예) FIFO
• 실행 대기 방지
  - 무기한 대기 방지
• 예측 가능성 (predictability)
  - 적절한 시간안에 응답을 보장하는가
• ....

-  대기시간, 응답시간, 반환시간

- 스케줄링 기준 (Criteria)

• 스케줄링 기법이 고려하는 항목들
• 프로세스 (process)의 특성
  - I/O-bounded or compute-bounded
• 시스템 특성
  - Batch system or interactive system
• 프로세스의 긴급성 (urgency)
  - hard- or soft- real time, non- real time systems
• 프로세스 우선순위 (priority)
• 프로세스 총 실행 시간 (total service time)
• ...

- 스케줄링 기준 (Criteria)

• 프로세스 수행
  = CPU 사용 + I/O 대기
  
  
• CPU burst -> compute bounded
  - CP 사용 시간
• I/O burst -> I/O bounded
  - I/O 대기 시간
  
  
• Burst time은 스케줄링의 중요한 기준 중 하나

- 스케줄링의 단계 (Level)

• 발생하는 빈도 및 할당 자원에 따른 구분
  
  
• Logn-term scheduling
  - 장기 스케줄링
  - job scheduling
• Mid-term scheduling
  - 중기 스케줄링
  - Memory allocation
• Short-term scheduling
  - 단기 스케줄링
  - Process scheduling

- Long-term Scheduling

• Job scheduling
  - 시스템에 제출 할 (Kernel에 등록 할) 작업(Job) 결정
     -> Admission scheduling, High-level scheduling
• 다중 프로그래밍 정도(degree) 조절
  - 시스템 내에 프로세스 수 조절
• I/O bounded 와 compute bounded 프로세스들을 잘 섞어서 선택해야 함
  - Why?
• 시분할 시스템에서 모든 작업을 시스템에 등록
  - Logn term scheduling이 덜 중요

- Mid-term Scheduling

• 메모리 할당 결정 (memory allocation)
  - Intermediate-level scheduling
  - Swapping (swap-in / swap-out)

- Short-term Scheduling

Process scheduling

• Low-level scheduling
• 프로세서 (processor)를 할당할 프로세스 (process)를 결정
  - Processor scheduler, dispatcher

가장 빈번하게 발생

• Interrupt, block (I/O), time-out, Etc.
• 매우 빨라야 함
  - E.g
  - average CPU curst = 100ms
    scheduling decision = 10ms
  - 10 x (100+10) = 9%
     of the CPU is being used simply for scheduling

# 스케줄링의 단계 (Level)

# 스케줄링 정책 (Policy)

• 선점 vs 비선점
  - Preemptive scheduling, Non-preemptive scheduling
  
  
• 우선순위
  - Priority

- Preemptive / Non-preemptive scheduling

1. Non-preemptive scheduling

• 할당 받을 자원을 스스로 반납할 때까지 사용
  - 예) system call, I/O, Etc.
  
  
• 장점
  - Context switch overhead가 적음
• 단점
  - 잦은 우선순위 역전, 평균 응답 시간 증가

2. Non-preemptive scheduling

• 타의에 의해 자원을 빼앗길 수 있음
  - 예) 할당 시간 종료, 우선순위가 높은 프로세스 등장
• Context switch overhead가 큼
• Time-sharing system, real-time system 등에 적합

- Priority (우선순위, 프로세스의 중요도)

1. Static Priority (정적 우선순위)

• 프로세스 생성시 결정된 priority가 유지 됨
• 구현이 쉽고, overhead가 적음
• 시스템 환경 변화에 대한 대응이 어려움

2. Dynamic priority (동적 우선순위)

• 프로세스의 상태 변화에 따라 priority 변경
• 구현이 복잡, priority 재계산 overhead가 큼
• 시스템 환경 변화에 유연한 대응 가능

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📃 참고자료

• https://youtu.be/YlnvCIZQDkw

# 프로세스(Process)와 스레드(Thread)

• 프로세스는 자원을 할당하고 제어하는 일을 한다.
• 제어부분만 따로 보는걸 스레드(Thread)라고 한다.
• 프로세스는 하나인데 스레드는 여러개 일 수 있다.

- 스레드

• Light Weight Process (LWP)
• 프로세서 (e.g, CPU) 활용의 기본 단위
• 구성요소
  - Thread ID
  - Register set (PC, SP 등)
  - Stack (i.e. local data)
• 제어 요소 외 코드, 데이터 및 자원들은 프로세스 내 다른 스레드들과 공유
• 전통적 프로세스 = 단일 스레드 프로세스

• 지역 데이터 => 지역변수
• 지역 데이터는 스택(Stack)영역에 할당된다.
• 프로세스가 할당 받은 리소스는 공유한다.

• 힙(Heap), 데이터, 코드는 리소스(Resource) 영역에 해당된다.
• 각 스레드 마다 자기만의 작업영역(Stack 영역)을 가진다.

- 스레드의 장점

사용자 응답성 (Responsiveness)

• 일부 스레드의 처리가 지연되어도, 다른 스레드는 작업을 계속 처리 가능

자원 공유 (Resource sharing)

• 자원을 공유해서 효율성 증가 (커널의 개입을 피할 수 있음)
  예) 동일 address space 에서 스레드 여러 개

경제성 (Economy)

• 프로세스의 생성, context switch 에 비해 효율적

멀티 프로세서 (Multi-processor) 활용

• 병렬처리를 통해 성능 향상

- 스레드 사용의 예

• 스레드 3개를 만들어서 각각 사용자 입력, 화면 출력, 스피커/마이크를 처리하게 한다.
• 스레드는 서로 자원을 공유해서 사용 할 수 있기 때문에, 3가지 작업을 동시에 처리할 수 있음.

- 스레드의 구현

• 사용자 수준 스레드 (User thread)
• 커널 수준 스레드 (Kernel thread)

- 사용자 수준 스레드 (User Thread)

사용자 영역의 스레드 라이브러리로 구현 됨

• 스레드의 생성, 스케쥴링 등
• POSIX threads, Win32 threads, Java thread API 등

커널은 스레드의 존재를 모름

• 커널의 관리(개입)를 받지 않음
  - 생성 및 관리의 부하가 적음, 유연한 관리 가능
  - 이식성 (portabillity)이 높음
  
  
• 커널은 프로세스 단위로 자원 할당
  - 하나의 스레드가 block 상태가 되면, 모든 스레드가 대기
     (single-threaded kernel의 경우)

- 커널 수준 스레드 (Kernel Threads)

• OS(Kernel)가 직접 관리
• 커널 영역에서 스레드의 생성, 관리 수행
  - Context switching 등 부하(Overhead)가 큼
  
  
• 커널이 각 스레드를 개별적으로 관리
  - 프로세스 내 스레드들이 병행 수행 가능
    -> 하나의 스레드가 block 상태가 되어도, 다른 스레드는 계속 작업 수행 가능

# Multi-Threading Model

• 다대일(n:1) 모델
  - 사용자 수준 스레드
  
  
• 일대일(1:1) 모델
  - 커널 수준 스레드
  
  
• 다대다(n:m) 모델
  - n > m
  - 혼합형 스레드

- 혼합형 (n:m) 스레드

n개 사용자 수준 스레드 - m개의 커널 스레드 (n > m)

• 사용자는 원하는 수 만큼 스레드 사용
• 커널 스레드는 자신에게 할당된 하나의 사용자 스레드가 block 상태가 되어도, 다른 스레드 수행 가능
  - 병행 처리 가능
• 효율적이면서도 유연함

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📃 참고자료

• https://youtu.be/MJTr37lgaMA

# 인터럽트(Interrupt)

예상치 못한, 외부에서 발생한 이벤트 -> Unexpected, external events

- 인터럽트의 종류

• I/O interrupt
• Clock interrupt
• Console interrupt
• Program check interrup
• Machine check interrupt
• Inter-process interrupt
• System call interrupt

- 인터럽트 처리 과정

- Context Switching (문맥 교환)

context -> 프로세스와 관련된 정보들의 집합

• CPU register context => in CPU
• Code & data, Stack, PCB => in memory

Context saving

• 현재 프로세스의 Register context를 저장하는 작업

Context restoring

• Register context를 프로세스로 복구하는 작업

Context switching

• 실행 중인 프로세스의 context를 저장하고, 앞으로 실행 할 프로세스의 context를 복구하는 일
  - 커널의 개입으로 이루어짐

- Context Switch Overhead

Context switching에 소요되는 비용

• os마다 다름
• os의 성능에 큰 영향을 줌

불필요한 Context switching을 줄이는 것이 중요

• 예, 스레드(thread) 사용 등

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📃 참고자료

• https://youtu.be/jZuTw2tRT7w

# Job vs Process

작업 (Job) / 프로그램 (Program)

• 실행 할 프로그램 + 데이터
• 컴퓨터 시스템에 실행 요청 전의 상태

프로세스 (Process)

• 실행을 위해 시스템(커널)에 등록한 작업
• 시스템 성능 향상을 위해 커널에 의해 관리 됨

프로세스의 정의

실행중인 프로그램

• 커널에 등록되고 커널의 관리하에 있는 작업
• 각종 자원들을 요청하고 할당 받을 수 있는 개체
• 프로세스 관리 블록(PCB)을 할당 받은 개체
• 능동적인 개체(Active entity)
  - 실행 중에 각종 자원을 요구, 할당, 반납하며 진행

Process Control Block (PCB)

• 커널 공간 (Kernel space) 내에 존재
• 각 프로세스들에 대한 정보를 관리

프로세스의 종류

# 자원(Resource)의 개념

커널의 관리 하에 프로세스에게 할당 / 반납 되는 수동적 개체(passive entity)

자원의 분류

• H/W resources
  - Processor, memory, disk, monitor, keyboard, Etc.
• S/W resources
  - Message, signa, files, installed, SWs, Etc.

# Process Control Block (PCB)

• os가 프로세스 관리에 필요한 정보 저장
• 프로세스 생성 시, 생성 됨

PCB가 관리하는 정보

• PID : Process Identification Number
  - 프로세스 고유 식별 번호
• 스케쥴링 정보
  - 프로세스 우선순위 등과 같은 스케쥴링 관련 정보들
• 프로세스 상태
  - 자원 할당, 요청 정보 등
• 메모리 관리 정보
  - Page table, segment table 등
• 입출력 상태 정보
  - 할당 받은 입출력 장치, 파일 등에 대한 정보 등
• 문맥 저장 영역 (Context save area)
  - 프로세스의 레지스터 상태를 저장하는 공간 등
• 계정 정보
  - 자원 사용 시간 등을 관리

* PCB 정보는 os별로 서로 다름
  PCB 참조 및 갱신 속도는 os의 성능을 결정 짓는 중요한 요소 중 하나

# 프로세스의 상태 (Process States)

- 프로세스 - 자원 간의 상호작용에 의해 결정

프로세스 상태 및 특성

Process State Transition Diagram

Created State

• 작업(Job)을 커널에 등록
• PCB 할당 및 프로세스 생성
• 커널
  - 가용 메모리 공간 체크 및  프로세스 상태 전이 -> Ready or Suspended ready

Ready State

프로세서 외에 다른 모든 자원을 할당 받은 상태

• 프로세서 할당 대기 상태
• 즉시 실행 가능 상태

Dispatch (or Schedule)

• Ready state -> running state

Running State

• 프로세서와 필요한 자원을 모두 할당 받은 상태
  
  
• Preemption
  - Running state = ready states
  - 프로세서 스케쥴링 (e.g, time-out, priority chages)
• Block / sleep
  - Running state -> asleep state
  - I/O 등 자원 할당 요청

Blocked / Asleep State

• 프로세서 외에 다른 자원을 기다리는 상태
  - 자원 할당은 System call에 의해 이루어 짐
• Wake-up
  - Asleep state -> ready state

Suspended State

• 메모리를 할당 받지 못한(빼앗긴) 상태ㅐ
  - Memory image 를 swap device에 보관
     * Swap device : 프로그램 정보 저장을 위한 특별한 파일 시스템
  - 커널 또는 사용자에 의해 발생
• Swap-out (suspended), Swap-in (resume)

Terminated / Zombie State

• 프로세스 수행이 끝난 상태
• 모든 자원 반납 후,
• 커널 내에 일부 PCB 정보만 남아 있는 상태
  - 이후 프로세스 관리를 위해 정보 수집

# 프로세스 관리를 위한 자료구조

• Ready Queue
• I/O Queue
• Device Queue

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📃 참고자료

• https://youtu.be/knF9lzHA3LI

# 운영체제의 구조

커널 (Kernel)

• os의 핵심 부문 (메모리 상주)
  - 가장 빈번하게 사용되는 기능들 담당 -> 시스템 관리 (processor, memory, Etc) 등
• 동의어
  - 핵(neucleus), 관리자(supervisor) 프로그램, 상주 프로그램(resident program), 제어 프로그램(control program) 등

유틸리티 (Utility)

• 비상주 프로그램
• UI등 서비스 프로그램
• 운영체제에서 커널을 나머지 부분에 있는 것들

1. 단일 구조

장점

• 커널 내 모듈 간 직접 통신
  - 효율적 자원 관리 및 사용

단점

• 커널의 거대화
  - 오류 및 버그, 추가 기능 구현 등 유지보수가 어려움
  - 동일 메모리에 모든 기능이 있어, 한 모듈의 문제가 전체 시스템에 영향 (예, 악성코드 등)

2. 계층 구조

장점

• 모듈화
  - 계층 간 검증 및 수정 용의
• 설계 및 구현의 단순화

단점

• 단일구조 대비 성능 저하
  - 원하는 기능 수행을 위해 여러 계층을 거쳐야 함

3. 마이크로 커널 구조

커널의 크기 최소화

• 필수 기능만 포함
• 기타 기능은 사용자 영역에서 수행

# 운영체제의 기능

• 프로세스 (Process) 관리
• 프로세서 (Processor) 관리
• 메모리 (Memory) 관리
• 파일 (File) 관리
• 입출력 (I/O) 관리
• 보조 기억 장치 및 기타 주변장치 관리 등

Process Management

프로세스 (Process)

• 커널에 등록된 실행 단위(실행 중인 프로그램)
• 사용자 요청/프로그램의 수행 주체(Entity)

OS의 프로세스 관리 기능

• 생성 / 삭제, 상태 관리
• 자원 할당
• 프로세스 간 통신 및 동기화(Synchronization)
• 교착상태(Dealock) 해결

프로세스 정보 관리

• PCB(Process Control Block)

Processor Management

• 중앙 처리 장치(CPU)
  - 프로그램을 실행하는 핵심 자원
• 프로세스 스케쥴링(Scheduling)
  - 시스템 내의 프로세스 처리 순서 결정
• 프로세서 할당 관리
  - 프로세스들에 대한 프로세서 할당 -> 한 번에 하나의 프로세스만 사용 가능

Memory Management

주기억장치

• 작업을 위한 프로그램 및 데이터를 올려 놓는 공간

Multi-user, Multi-tasking 시스템

• 프로세스에 대한 메모리 할당 및 회수
• 메모리 여유 공간 관리
• 각 프로세스의 할당 메모리 영역 접근 보호

메모리 할당 방법(Scheme)

• 전체 적재
  - 장점: 구현이 간단 / 단점: 제한적 공간
• 일부 적재(Virtual memory concept)
  - 프로그램 및 데이터의 일부만 적재
  - 장점: 메모리의 효율적 활용 / 단점: 보조기억 장치 접근 필요

File Management

• 파일 : 논리적 데이터 저장 단위
• 사용자 및 시스템의 파일 관리
• 디렉토리(Directory) 구조 지원
• 파일 관리 기능
  - 파일 및 디렉토리 생성 / 삭제
  - 파일 접근 및 조작
  - 파일을 물리적 저장 공간으로 사상(Mapping)
  - 백업 등

I/O Management

• 입출력( I/O ) 과정
  - os를 반드시 거쳐야 함

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📃 참고자료

• https://youtu.be/hzXVQIlSSos

# 작업 수행 방식

• Batch processing system (일괄처리 시스템)
• Time-sharing system (시분할 시스템
• Distributed processing system (분산처리 시스템)
• Real-time system (실시간 시스템)

# Batch Systems (1950s ~ 1960s)

• 모든 시스템을 중앙(전자계산소 등)에서 관리 및 운영
• 사용자의 요청 작업(천공카드 등)을 일정 시간 모아 두었다가 한번에 처리
• 시스템 지향적 (System-oriented)

장점과 단점

• 장점
  - 많은 사용자가 시스템 자원 공유
  - 처리 효율(throughput) 향상
  
  
• 단점
  - 생산성(productivity) 저하 -> 같은 유형의 작업들이 모이기를 기다려야 함
  - 긴 응답시간(turnaround time) -> 약 6시간 (작업 제출에서 결과 출력까지의 시간)

# Time Sharing sytems (1960s ~ 1970s)

• 여러 사용자가 자원을 동시에 사용
  - os가 파일 시스템 및 가상 메모리 관리
  
  
• 사용자 지향적 (User-oriented)
  - 대화형(conversational, interactive) 시스템
  - 단말기 (CRT terminal) 사용

장점과 단점

• 장점
  - 응답시간 (response time) 단축 (약 5초)
  - 생산성 (productivity) 향상 -> 프로세서 유휴 시간 감소
  
  
• 단점
  - 통신 비용 증가 -> 통신선 비용, 보안 문제 등
  - 개인 사용자 체감 속도 저하 -> 동시 사용자수 증가로 인한 시스템 부하 증가 초래

# Personal Computing

• 개인이 시스템 전체 독점
• CPU 활용률(utilization)이 고려의 대상이 아님
• os가 상대적으로 단순함
  - 하지만, 다양한 사용자 지원 기능 지원
  
  

장점과 단점

• 장점 -> 빠른 응답 시간
• 단점 -> 성능(performance)이 낮음

Parallel Processing System

• 단일 시스템 내에서 둘 이상의 프로세서 사용
  - 동시에 둘 이상의 프로세스 지원
• 메모리 등의 자원 공유 (Tightly-coupled system)
• 사용 목적
  - 성능 향상
  - 신뢰성 향상 (하나가 고장 정상 동작 가능)
• 프로세서간 관계 및 역할 관리 필요

# Distributed Processing Systems

• 네트워크를 기반으로 구축된 병렬처리 시스템 (Loosely-coupled system)
• 물리적인 분산, 통신망 이용한 상호 연결
• 각각 운영체제 탑재한 다수의 범용 시스템으로 구성
• 사용자는 분산운영체제를 통해 하나의 프로그램, 자원처럼 사용 가능(은폐성, transparency)
• 각 구성 요소들간의 독립성 유지, 공동작업 가능
• Cluster system, client-server system, P2P 등

장점과 단점

• 장점
  - 자원 공유를 통한 높은 성능
  - 고신뢰성, 높은 확정성
  
  
• 단점
  - 구축 및 관리가 어려움

# Real-time Systems

• 작업 처리에 제한 시간(deadline)을 갖는 시스템
  - 제한 시간 내에 서비스를 제공하는 것이 자원 활용 효율보다 중요
  
  

작업(task)의 종류

• Hard real-time task
  - 시간 제약을 지키지 못하는 경우 시스템에 치명적 영향
  - 예) 발전소 제어, 무기 제어 등
• Soft real-tiem task
  - 동영상 재생 등
• Non real-time task

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📃 참고자료

• https://youtu.be/nxl_cUd55Ag

# 운영체제의 역할

• User Interface (편리성)
  - CUI (Character user interface)
  - GUI (Graphical User interface)
  - EUCI (End-User Comfortable Interface)
• Resource management (효율성)
  - HW resource (processor, memory, I/O devices, Etc.)
  - SW resource (file, application, message, signal, Etc.)
• Process and Thread management
• System management (시스템 보호)

# 컴퓨터 시스템의 구성

# 운영체제의 구분

동시 사용자 수

• Single-user system
• Multi-user system

동시 실행 프로세스 수

• Single-tasking system
• Multi-tasking system (Multiprogramming system)

작업 수행 방식 (사용자가 느끼는 사용 환경)

• Batch processing system
• Time-sharing system
• Distributed processing system
• Real-time system

# 동시 사용자 수

단일 사용자 (Single-user system)

• 한 명의 사용자만 시스템 사용 가능
  - 한 명의 사용자가 모든 시스템 자원 독점
  - 자원관리 및 시스템 보호 방식이 간단 함
• 개인용 장비(PC, mobile) 등에 사용
  - Windows 7/10, android, MS-DOS 등

다중 사용자 (Multi-user system)

• 동시에 여러 사용자들이 시스템 사용
  - 각종 시스템 자원(파일 등)들에 대한 소유 권한 관리 필요
  - 기본적으로 Multi-tasking 기능 필요
  - os의 기능 및 구조가 복잡
• 서버, 클러스터(cluster) 장비 등에 사용
  - Unix, Linux, Windows server 등

# 동시 실행 프로세스 수

단일작업 (Single-tasking system)

• 시스템 내에 하나의 작업(프로세스) 만 존재
  - 하나의 프로그램 실행을 마친 뒤에 다른 프로그램의 실행
• 운영체제의 구조가 간단
• 예) MS-DOS

다중작업 (Multi-tasking system)

• 동시에 여러 작업(프로세스) 의 수행 가능
  - 작업들 사이의 동시 수행, 동기화 등을 관리해야 함
• 운영체제의 기능 및 구조가 복잡
• 예) Unix / Linux, Windows 등

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📃 참고자료

• https://youtu.be/EdTtGv9w2sA

# 컴퓨터 하드웨어의 종류

프로세서 (Processor)

• CPU
• 그래픽카드 (GPU)
• 응용 전용 처리장치 등

메모리 (Memory)

• 주 기억장치
• 보조 기억장치 등

주변장치

• 키보드 / 마우스
• 모니터, 프린터
• 네트워크 모뎀 등

# 프로세서 (Processor)

컴퓨터의 두뇌 (중앙처리장치)

• 연산 수행
• 컴퓨터의 모든 장치의 동작 제어

# 레지스터 (Register)

프로세서 내부에 있는 메모리

• 프로세서가 사용할 데이터 저장
• 컴퓨터에서 가장 빠른 메모리

레지스터의 종류

• 용도에 따른 분류
  - 정용 레지스터, 범용 레지스터
• 사용자가 정보 변경 가능 여부에 따른 분류
  - 사용자 가시 레지스터, 사용자 불가시 레지스터
• 저장하는 정보의 종류에 따른 분류
  - 데이터 레지스터, 주소 레지스터, 상태 레지스터

사용자 가시 레지스터

사용자 불가시 레지스터

# 프로세서의 동작

# 운영체제와 프로세서

운영체제가 하는 역할이 프로세서를 관리하는 역할을 한다.

• 프로세서에게 처리할 작업 할당 및 관리
  - 프로세스(Process) 생성 및 관리
• 프로그램의 프로세서 사용 제어
  - 프로그램의 프로세서 사용 시간 관리
  - 복수 프로그램간 사용 시간 조율 등

운영체제

• 컴퓨터 하드웨어를 관리하는 소프트웨어
  - 어플리케이션 프로그램(Application programs), 컴퓨터 유저, 컴퓨터 하드웨어 중간 매개 역할(Intermediary)

# 메모리 (Memory)

데이터를 저장하는 장치 (기억 장치)

• 프로그램(os, 사용자SW 등), 사용자 데이터 등

메모리의 종류

1. 레지스터
2. 캐시
3. 메인 메모리
4. 보조기억장치

# 메모리의 종류

주기억장치 (Main memory)

• 프로세서가 수행할 프로그램과 데이터 저장
• DRAM을 주로 사용
  - 용량이 크고, 가격이 저렴
• 디스크 입출력 병목현상 ( I/O bottleneck ) 해소

캐시 (Cache)

• 프로세서 내부에 있는 메모리 (L1, L2 캐시 등)
  - 속도가 빠르고, 가격이 비쌈
• 메인 메모리의 입출력 병목현상 해소

# 캐시의 동작

• 일반적으로 HW적으로 관리 됨
• 캐시 히트 (Cache hit)
  - 필요한 데이터 블록이 캐시 존재
• 캐시 미스 (Cache miss)
  - 필요한 데이터 블록이 없는 경우

# 지역성 (Locality)

공간적 지역성 (Spatial llocality)

• 참조한 주소와 인접한 주소를 참조하는 특성
  - 예) 순차적 프로그램 수행

시간적 지역성 (Temporal locality)

• 한 번 참조한 주소를 곧 다시 참조하는 특성
  - 예) For 문 등의 순환 등

지역성은 캐시 적중률 (cache hit ratio)과 밀접

• 알고리즘 성능 향상 위한 중요한 요소 중 하나

# 메모리의 종류

보조기억 장치 (Auxiliary memory / secondary memory / storage)

• 프로그램과 데이터를 저장
• 프로세서가 직접 접근할 수 없음 (주변장치)
  - 주기억장치를 거쳐서 접근
  - (프로그램 / 데이터 > 주기억장치) 인 경우는?
     * 가상 메모리(Virtual memory)
• 용량이 크고, 가격이 저렴

# 메모리와 운영체제

메모리 할당 및 관리

• 프로그램의 요청에 따른 메모리 할당 및 회수
• 할당된 메모리 관리

가상 메모리 관리

• 가상메모리 생성 및 관리
• 논리주소 -> 물리주소 변환

# 시스템 버스 (System Bus)

하드웨어들이 데이터 및 신호를 주고 받는 물리적인 통로