Chapter 1. 운영체제의 개요
연습문제
1. 사용자에게 편리한 인터페이스 환경을 제공하고 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리하는 소프트웨어는 무엇인가?
운영체제(OS)
2. 가전제품과 같이 CPU의 성능이 낮고 메모리 크기도 작은 시스템에 내장하도록 만든 운영체제를 무엇이라고 하는가?
임베디드 운영체제 또는 임베디드 시스템
3. 사용자가 원하는 기능을 수행하기 위해 컴퓨터 자원을 사용하는 소프트웨어는 무엇인가?
응용 프로그램
4. 운영체제가 없는 컴퓨터에서는 어떤 문제가 발생하는지 설명하시오.
운영체제가 없는 컴퓨터는 만들 당시에 구현한 기능 외에 다른 기능을 추가하거나 성능을 향상할 수 없기 때문에 처음에 설계한 대로만 사용할 수 있다.
5. 기계와 사용자 사이에 명령을 전달하고 처리한 결과를 알려주는 것을 무엇이라고 하는가?
인터페이스
6. 프로그램과 데이터를 한 번에 입력한 후 작업의 최종 결과만 얻는 운영체제 방식을 무엇이라고 하는가?
일괄 작업 시스템
7. 프로그램이 진행되는 도중에 사용자로부터 데이터를 입력받아 프로그램 진행에 반영할 수 있는 운영체제 방식을 무엇이라고 하는가?
대화형 시스템
8. CPU 사용 시간을 쪼개어 여러 개의 프로그램이 동시에 실행되는 것처럼 보이는 운영체제 방식을 무엇이라고 하는가?
시분할 시스템 또는 다중 작업 시스템
9. 멀티프로그래밍 수준은 동시에 실행되는 작업의 개수를 나타낸다. 멀티프로그래밍 수준이 1인 시스템을 무엇이라고 하는가?
일괄 작업 시스템
10. 멀티프로그래밍 수준이 2보다 크거나 같은 시스템을 두 개 이상 쓰시오.
시분할 시스템, 다중 사용자 시스템
11. 특정 작업이 일정 시간 안에 처리되도록 보장하는 시스템을 무엇이라고 하는가?
실시간 시스템
12. 작고 싼 컴퓨터를 네트워크로 묶어 대형 컴퓨터와 같은 일을 할 수 있도록 만든 시스템을 무엇이라고 하는가?
분산 시스템
13. 서버 없이 말단 노드끼리 데이터를 주고받는 시스템을 무엇이라고 하는가?
P2P 시스템
14. 커널이 자신의 자원을 보호하기 위해 만든 함수의 집합을 무엇이라고 하는가?
시스템 호출
15. 커널과 하드웨어 사이의 인터페이스를 무엇이라고 하는가?
드라이버
16. 커널의 핵심 기능을 구현하는 모듈들이 구분 없이 하나로 구성되어 있는 커널 구조를 무엇이라고 하는가?
단일형 구조 커널
17. 커널의 기능을 최소화하여 여러 컴퓨터에 이식하기 쉽게 만든 커널 구조를 무엇이라고 하는가?
마이크로 구조 커널
18. 서로 다른 운영체제에서 하나의 응용 프로그램으로도 작동할 수 있도록 만든 시스템을 무엇이라고 하는가?
가상머신
심화문제
1. 운영체제의 역할을 설명하시오.
자원 관리: 운영체제는 키보드, 네트워크카드, 사운드카드 등의 컴퓨터 자원을 응용 프로그램에 나누어주어 사용자가 원활하게 작업할 수 있도록 돕는다. 만약 자원을 요청한 프로그램이 여러 개라면 적당한 순서로 자원을 배분하고 적절한 시점에 자원을 회수하여 다른 응용 프로그램에 나누어준다.
자원 보호: 악의적인 사용자나 미숙한 사용자에 의해 어떤 응용 프로그램이 남의 영역을 침범한다면 다른 사람의 작업을 망치거나 데이터를 지울 수도 있다. 이러한 비정상적인 작업으로부터 컴퓨터 자원을 지키는 것도 운영체제의 역할 중 하나이다.
하드웨어 인터페이스 제공: 운영체제는 CPU, 메모리, 키보드, 마우스와 같은 다양한 하드웨어를 사용할 때마다 별도의 소프트웨어를 설치할 필요 없이 다양한 장치를 사용할 수 있도록 해주는 드라이버를 하드웨어 인터페이스로 제공한다.
사용자 인터페이스 제공: 운영체제를 편리하게 사용할 수 있도록 제공되는 기능이 사용자 인터페이스이다. 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)는 사용자가 대부분의 작업을 마우스로 수행할 수 있도록 지원하고 스마트폰은 터치스크린을 적용하여 컴퓨터보다 편리한 인터페이스를 제공한다.
2. 운영체제의 목표를 설명하시오.
효율성: 적은 자원을 사용하여 결과를 빨리 보여주는 것이 효율적인 운영체제이다. 즉, 같은 자원을 사용하여 더 많은 작업량을 처리하거나, 같은 작업량을 처리하는 데 보다 적은 자원을 사용하는 것이다. 효율적인 자원 관리는 다양한 방법으로 이루어질 수 있는데, 일반적으로 운영체제의 크기를 최소화하고 운영체제가 사용하는 코드를 최적화해야 한다.
안정성: 안정성은 운영체제의 역할 중 ‘자원 보호’와 연관된다. 운영체제가 안정적이려면 사용자와 응용 프로그램의 안전 문제와 하드웨어적인 보안 문제를 처리할 수 있어야 하며, 시스템에 문제가 발생했을 때 이전으로 복구하는 결함 포용 기능을 수행해야 한다.
확장성: 운영체제는 다양한 시스템 자원을 추가하거나 제거하기가 편리해야 한다. 즉 확장성이 좋아야 한다. 이는 운영체제의 역할 중 ‘하드웨어 인터페이스 제공’과 연관되는 것으로, 운영체제는 하드웨어의 종류에 상관없이 꽂으면 바로 실행할 수 있는 플러그 앤드 플레이 기능을 제공해야 한다. 또한 앞으로 개발될 하드웨어도 제약 없이 사용할 수 있도록 확장성을 보장하려면 사용자의 편리성뿐만 아니라 하드웨어 제작자의 편리성도 고려해야 한다.
편리성: 사용자가 편리하게 작업할 수 있는 환경을 제공하는 것 또한 운영체제의 목표이다. 이는 운영체제의 역할 중 ‘사용자 인터페이스 제공’과 연관된다. 운영체제의 입장에서는 효율성만 높이려면 응용 프로그램이나 사용자에게 제약을 가하면 된다. 또는 응용 프로그램의 효율성을 높이기 위해 메모리나 하드디스크의 사용 공간을 제약하면 시스템의 효율성이 높아질 것이다. 그러나 이러한 제약은 사용자를 불편하게 할 뿐 아니라 다양한 응용 프로그램의 개발을 방해한다. 따라서 응용 프로그램과 사용자에게 다양한 편리성을 제공하면서도 자원의 낭비 요소를 막아야 한다.
3. CPU 집중 작업과 입출력 집중 작업에 대해 설명하시오.
CPU 집중 작업: 일괄 작업 시스템에서는 프로그램이 실행되는 동안에 입출력이 불가능하기 때문에 대부분의 작업이 CPU만 사용하는 계산 작업이었다. 이를 CPU 집중 작업, CPU 편향 작업 또는 컴퓨터 집중 작업이라고 부른다. 수학 계산과 같은 프로그램은 CPU 집중 작업의 대표적 예이다.
입출력 집중 작업: 대화형 시스템에서는 프로그램이 실행되는 동안에 입출력이 가능하기 때문에 입출력 집중 작업이 생겨났다. 입출력 집중 작업 또는 입출력 편향 작업은 대부분의 작업 시간을 주변장치의 입력과 출력에 사용하며, 동영상 플레이어와 데이터베이스 같은 프로그램을 예로 들 수 있다.
4. 실시간 시스템에 대해 설명하시오.
원자력이나 미사일을 제어하는 시스템은 중요한 작업이 일정 시간 안에 끝나지 않으면 심각한 문제가 발생할 수도 있으므로, 시분할 시스템을 사용하지 않고 특정 시스템에서 일정 시간 안에 작업이 처리되도록 보장하는 실시간 시스템을 사용한다.
5. 클라우드 컴퓨팅에 대해 설명하시오.
클라우드 컴퓨팅은 언제 어디서나 응용 프로그램과 데이터를 자유롭게 사용할 수 있는 컴퓨팅 환경으로 그리드 컴퓨팅과 SaaS를 합쳐놓은 형태이다. 하드웨어를 포함한 시스템이 구름에 가려진 것처럼 사용자에게 보이지 않는 컴퓨팅 환경이라는 의미에서 클라우드라는 명칭이 붙게 되었다.
6. API와 SDK를 비교하여 설명하시오.
API는 응용 프로그램이 자신과 연관된 프로그램을 만들 수 있도록 제공하는 인터페이스이다. 포토샵은 매우 강력한 그래픽 프로그램이지만 얼굴 보정 필터와 같은 수백 가지의 필터를 모두 제공하지 않는다. 따라서 포토샵은 필터를 개발하려는 사람들을 위해 다양한 프로그래밍 인터페이스를 제공하는데 이 인터페이스가 바로 API이다. API는 시스템 호출보다 광범위한 개념이며, 운영체제의 API를 시스템 호출이라고 정의할 수 있다.
SDK는 프로그램 개발자를 위해 API 및 API 사용 매뉴얼뿐만 아니라 프로그램 개발에 필요한 코드 편집기와 에뮬레이터 같은 각종 개발용 응용 프로그램까지 하나로 묶어서 배포하는 개발 툴을 말한다. 한마디로 개발자를 위한 종합 선물 세트라고 할 수 있으며, 대표적인 예로 안드로이드 SDK인 Android Studio가 있다.
7. 단일형 구조 커널의 특징을 설명하시오.
단일형 구조 커널은 초창기의 운영체제 구조로, 커널의 핵심 기능을 구현하는 모듈들이 구분 없이 하나로 구성되어 있다. 단일형 구조에 속하는 대표적인 운영체제는 MS-DOS, VMS, 초기의 유닉스 운영체제이다. 초기에 운영체제를 만들 때는 기능을 구현하기에 바빴기 때문에 모듈을 분리하여 구현할 만한 여력이 없었다. 단일형 구조를 프로그램에 비유하면 함수를 거의 사용하지 않고 main()에 모든 기능을 구현한 형태와 같다.
8. 마이크로 구조 커널의 특징을 설명하시오.
마이크로 구조 커널의 운영체제는 프로세스 관리, 메모리 관리, 프로세스 간 통신 관리 등 가장 기본적인 기능만 제공한다. 커널의 구조를 살펴보면 다른 커널에 비해 운영체제의 많은 부분이 사용자 영역에 구현되어 있다. 커널은 메모리 관리와 프로세스 간의 동기화 서비스를 제공하며, 메모리 관리자와 동기화 모듈은 프로세스 간 통신 모듈로 연결되어 있다. 그러므로 각 모듈은 세분화되어 존재하고 모듈 간의 정보 교환은 프로세스 간 통신을 이용하여 이루어진다. 마이크로 구조에서 각 모듈은 독립적으로 작동하기 때문에 하나의 모듈이 실패하더라도 전체 운영체제가 멈추지 않는다. 또한 많은 컴퓨터에 이식하기 쉽고 커널이 가벼워 CPU 용량이 작은 시스템에도 적용이 가능하다. 이 구조를 사용하는 대표적인 운영체제인 마하는 애플의 PC 운영체제인 OS X과 모바일 운영체제인 iOS의 커널로 사용되어 유명해졌다.