이 포스팅은 운영체제 정리 시리즈 20 편 중 1 번째 글 입니다.
목차
운영체제에 대한 정의, 역할에 대해 알아본다.
운영체제는 사용자가 컴퓨터를 사용하기 위해 필요한 소프트웨어이다. 일반적으로 사용하는 모든 프로그램은 운영체제에서 그 자원을 관리한다.
목적
운영체제를 사용하는 가장 큰 목적은 하드웨어의 관리이다. 컴퓨터를 나타내는 가장 상징적인 장치는 CPU이지만, 추가적으로 많은 장치와 상호작용하며 동작한다. 그렇기에 이러한 하드웨어를 관리하는 소프트웨어가 있어야 효율적으로 컴퓨터를 사용할 수 있다. 하드웨어를 직접적으로 사용하는 것이 아니기 때문에, 이를 효율적으로 사용하기 위해서는 운영체제의 성능이 좋아야 한다.
두번째로는 사용자에게 편의를 제공하는 것이다. 운영체제가 없을 경우, 우리는 하드웨어 단에서 하드 코딩으로 원하는 작업을 실행해야 한다. 이는 매우 생산성이 떨어지는 방법이다. 그렇기 때문에 이런 자원 관리 측면을 자동으로 해주는 소프트웨어를 통해, 원하는 작업에만 몰두할 수 있는 환경을 제공한다.
정리
운영체제는 컴퓨터의 성능을 높히고(performance), 사용자에게 편의성을 제공(Convenience)을 목적으로 하는 컴퓨터 하드웨어 관리 프로그램이다.
부팅 (Booting)
컴퓨터를 사용하기 위해서 가장 먼저하는 행동은 전원버튼을 누르는 것이다. 그렇다면, 전원을 눌렀을 때, 시작해야 하는 작업들이 있을 것이다. 우리가 실제로 사용할 수 있는 운영체제가 실행되기 이전에 다양한 작업을 해야하는데, 이 작업을 부팅 이라 한다.
어떻게 실행할 수 있을까?
기본적인 컴퓨터 구조는 위와 같다. 이 상황에서 부팅을 한다고 생각해보자. 컴퓨터는 원하는 작업을 실행할 때, Disk, RAM, CPU, RAM, Disk 순의 과정을 거치며 작동하게 된다. 그런데, 부팅을 하는 경우에는 어떻게 해야할까? 사실 Disk는 컴퓨터 입장에서는 보조 장치이다. 컴퓨터라고 부를 수 있는 실질적인 부분은 CPU, RAM이 전부이기 때문에 처음 부팅을 시작하면 CPU 에 부팅시 필요한 작업을 넘겨줄 수 없다.
따라서 우리는 일반적으로 프로그램이 동작하는 방식인 Disk, RAM, CPU 과정을 거칠 수 없기 때문에, 부팅에 한해서 RAM에 항상 저장된 공간을 필요로하게 되었는데, 그것이 ROM이다.
RAM과 ROM을 함께 Main Memory라 부른다.
- ROM: 비휘발성 으로 메모리에서 극히 일부를 차지한다.(수 KB)
- RAM: 휘발성 으로 메모리의 대부분을 차지하며 실제 프로그램이 할당되는 곳이다.(수 MB ~ 수 GB)
부팅시 하는 작업(엄밀한 정의의 부팅)
- ROM의 정보를 읽는다.
- ROM안에 있는 POST(Power-On-Self-Test), 부트 로더(Boot-Loader)를 실행한다.
POST는 전원이 켜지면 가장 처음에 실행되는 프로그램으로, 현재 컴퓨터의 상태를 검사한다. 이 것에는 장치가 연결되어 있는지, 멀쩡한 지 등의 상태를 뜻한다.
부트 로더는 하드디스크에 저장되어 있는 운영체제를 찾아서 메인 메모리(RAM)에 가지고 온다. 이러한 부트 로더의 과정을 부팅이라고 한다.
이렇게 메모리에 올라온 OS는 컴퓨터를 종료하기 전까지 계속 메모리에 상주한다.
구조
운영체제는 크게 커널(Kernel)과 명령어 해석기(Command interpreter, shell)로 나뉜다.
커널(Kernel)은 운영체제의 핵심인 하드웨어를 다루는 코드를 말한다. 이 부분이 핵심이 때문에, Kernel에 따라 운영체제가 달라진다. 예를 들어 페도라, 우분투 등이 리눅스 운영체제라 부르는 것은, 이 운영체제가 리눅스 커널을 사용하기 때문이다.
명령어 해석기(Command interpreter, shell)는 이 커널로 만들어진 코드를 동작하기 위해 만들어진 부분이다. Interface라고 볼 수 있다. GUI(Graphical User Interface)나 CLI(Command Line Interface) 같은 방식으로 운영체제에 명령을 요청할 수 있다.
위치
사용자 프로그램(Application)은 특정 운영체제에 맞춰서 만든다. 그러므로 한 애플리케이션은 서로 다른 운영체제에서 수행할 수 없다. (하드웨어가 같은 것은 전혀 상관이 없다.) 예를 들면 Windows에서 수행하는 프로그램을 그대로 Linux에 옮기면 수행되지 않는다. 이전 글에서 보았듯이 사용자 프로그램은 자원을 OS를 통해 요청한다. 그렇기 때문에 해당 운영체제의 Interface를 따라야 하고, 그렇기 때문에 운영체제가 다를 경우 동작할 수 없다.
추가적으로 국가에 비유하여 생각해 볼 수도 있다.
영토, 정부, 가족, 개인 비유
Reference
KOCW 양희재 교수님 - 운영체제
양희재 교수님 블로그(시험 기출 문제)
codemcd 님의 정리글
Operating System Concepts, 9th Edition - Abraham Silberschatz