운영체제와 컴퓨터

[OS] SECTION 3.1 운영체제와 컴퓨터

OS는 사용자가 컴퓨터를 쉽게 다루게 해주는 인터페이스이다.

OS는 한정된 메모리나 시스템 자원을 효율적으로 분배한다.

운영체제 ↔ 펌웨어 (하드웨어의 제어와 구동을 담당하는 OS)

3.1 운영체제와 컴퓨터

3.1.1 운영체제의 역할과 구조

운영체제의 역할

1. CPU 스케줄링과 프로세스 관리
2. 메모리 관리
3. 디스크 파일 관리
4. I/O 디바이스 관리

시스템 자원 관리, 사용자와 컴퓨터간의 커뮤니케이션 지원,

운영체제의 구조

GUI : 사용자가 전자장치와 상호 작용할 수 있도록 하는 
사용자 인터페이스의 한 형태

리눅스 서버 : GUI가 없고 CUI만 있음
* CUI : 그래픽이 아닌 명령어로 처리하는 인터페이스

CUI는 속도가 빠르고 리소스를 적게 사용한다. 하지만 편의성이 떨어진다.

대부분의 서버 컴퓨터는 CUI 기반으로 운영된다.

시스템콜

• 운영체제가 커널에 접근하기 위한 인터페이스이다.
• 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출할 때 사용한다.
• 프로세스나 스레드에서 운영체제로 요청을 할 때 시스템콜을 거쳐 전달된다.

참고 : https://fjvbn2003.tistory.com/306

modebit

• 1또는 0의 값을 가지는 플래그 변수
• modebit을 참고해서 유저 모드와 커널 모드를 구분한다.
• I/O 디바이스의 보안을 위해 사용된다.
• 0은 커널 모드 , 1은 유저 모드

3.1.2 컴퓨터의 요소

CPU(Central Processing Unit)

• 산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있는 컴퓨터 장치
• 인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행하는 일꾼

커널이 프로그램을 메모리에 올려 프로세스로 만들면 CPU가 처리한다.

제어장치(Control Unit)

• 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품
• 입/출력장치 간 통신을 제어하고 명령어들을 읽고 해석하며 데이터 처리를 위한 순서를 결정

레지스터(Register)

• CPU 안에 있는 매우 빠른 임시기억장치
• 연산 속도가 메모리보다 수십 배에서 수백 배까지 빠르다.
• CPU는 레지스터를 거쳐 데이터를 전달한다.

산술논리연산장치(Arithmetic Logic Unit)

• 산술 연산과 논리 연산을 계산하는 디지털 회로

### CPU의 연산 처리

1. 제어장치가 메모리와 레지스터에 계산할 값을 로드한다.
2. 제어장치가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 산술논리연산장치에 명령한다.
3. 제어장치가 계산된 값을 레지스터에 전달한다.

인터럽트(Interrupt)

• 어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것
• IO 디바이스로 인한 인터럽트, 산술 연산에서의 인터럽트, 프로세스 오류 등이 있다.

인터럽트 발생 시
1. 인터럽트 핸들러 함수가 모여 있는 인터럽트 벡터로 간다
2. 인터럽트 핸들러 함수가 실행된다.

* 인터럽트 핸들러 함수 : 인터럽트가 발생했을 때 이를 핸들링하기 위한 함수.
커널 내부의 IRQ를 통해 호출되며 request_irq()를 통해 인터럽트 핸들러 함수를 등록할 수 있다.

• 하드웨어 인터럽트
  • IO 디바이스에서 발생하는 인터럽트를 말한다.
  • 순차적으로 인터럽트 실행을 중지하고 운영체제에 시스템콜을 요청한다.
  • 이후 디바이스에 있는 작은 로컬 버퍼에 접근하여 일을 수행한다.
• 소프트웨어 인터럽트
  • 트랩(trap)이라고도 한다.
  • 프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출할 때 발동한다.

DMA컨트롤러(Direct Memory Access)

• I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치
• CPU의 부하를 막아준다
• 하나의 작업을 CPU와 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지한다.

DMA컨트롤러는 메모리 주소를 생성하고 메모리 읽기 또는 쓰기 사이클을 초기화할 수 있다

메모리(Memory)

• 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치
• RAM을 메모리라고도 한다.
• 메모리가 클수록 많은 일을 동시에 할 수 있다.

타이머(Timer)

• 특정 프로그램에 시간 제한을 다는 역할을 한다.

디바이스 컨트롤러(Device Controller)

• 컴퓨터와 연결되어 있는 I/O 디바이스들의 작은 CPU를 말한다.