[CS_운영체제] 운영체제의 역할과 구조

운영체제의 역할과 구조

운영체제는 컴퓨터 시스템에서 하드웨어와 소프트웨어를 관리하고 사용자와 컴퓨터 간의 상호작용을 도와주는 중요한 역할을 합니다. 아래에서 주요 역할과 구조를 정리했습니다.

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운영체제의 주요 역할

1. CPU 스케줄링 및 프로세스 관리
   • CPU 자원을 어떤 프로세스에 할당할지 결정합니다.
   • 프로세스의 생성, 종료를 포함한 생애주기를 관리합니다.
   • 자원의 할당 및 반환을 제어하여 시스템의 안정성을 보장합니다.
2. 메모리 관리
   • 제한된 메모리 자원을 프로세스에 적절히 분배하고, 효율적인 메모리 사용을 지원합니다.
3. 디스크 파일 관리
   • 파일의 저장, 읽기 및 삭제를 포함하여 디스크 자원의 관리를 수행합니다.
4. I/O 디바이스 관리
   • 마우스, 키보드, 프린터 등 다양한 입출력 장치와의 데이터를 송수신하며, 장치 간 통신을 관리합니다.

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운영체제의 구조

운영체제는 사용자와 하드웨어 사이에서 중개 역할을 수행하며, 다음과 같은 계층 구조로 이루어져 있습니다:

• 사용자 프로그램
• 인터페이스(GUI, CUI)
• 시스템콜
• 커널(드라이버, 파일 시스템 등)
• 하드웨어

운영체제는 주로 인터페이스, 시스템콜, 커널 부분을 포함하며, 사용자와 하드웨어 간의 상호작용을 지원합니다.
리눅스 서버의 경우 GUI 대신 CUI만 사용하는 경우가 많습니다.

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CUI와 GUI의 차이

• CUI(Command User Interface)
  • 명령어 기반의 인터페이스로, 사용자가 키보드로 명령어를 입력해 시스템과 상호작용합니다.
  • 예: 명령 프롬프트, bash
• GUI(Graphical User Interface)
  • 그래픽 요소를 이용한 인터페이스로, 아이콘이나 버튼을 클릭하여 직관적으로 시스템과 상호작용합니다.
  • 예: 윈도우 인터페이스, 스마트폰 UI

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시스템콜(System Call)

시스템콜은 운영체제의 커널에 접근하기 위한 인터페이스입니다.
예를 들어, 프로그램이 파일을 읽거나 네트워크 작업을 수행하려면 시스템콜을 통해 요청을 전달합니다.

작동 방식:

1. 유저 모드에서 시스템콜을 호출합니다.
2. 시스템콜은 커널 모드로 전환되어 요청을 처리합니다.
3. 처리 완료 후 다시 유저 모드로 돌아와 결과를 반환합니다.

시스템콜의 이점:

• 컴퓨터 자원에 대한 직접 접근을 차단하여 보안을 강화합니다.
• 네트워크나 데이터베이스 같은 복잡한 작업의 부담을 줄여줍니다.

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Modebit: 유저 모드와 커널 모드의 구분

운영체제는 modebit이라는 플래그 변수를 이용해 유저 모드와 커널 모드를 구분합니다:

• 0: 커널 모드
• 1: 유저 모드

유저 모드는 제한된 권한을 가지고 자원에 간접적으로 접근할 수 있습니다. 반면, 커널 모드는 시스템 자원 전체에 대한 접근 권한을 가지고 I/O 작업을 안정적으로 처리합니다.

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정리

• 유저 모드: 사용자 애플리케이션이 실행되는 제한된 환경.
• 커널 모드: 시스템 자원 전체를 제어하는 운영체제의 핵심 영역.
• 커널은 시스템콜 인터페이스를 제공하며, 하드웨어와 소프트웨어 간의 효율적인 상호작용을 지원합니다.