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혁권 용
6 years ago
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1 운영체제 Introduction 양희재교수 / 경성대학교컴퓨터공학과

2 운영체제란? PC를구입하면 Windows XP, Windows 7, Linux, MS-DOS Mac OSX, ios 운영체제 : Operating System 운영체제가없는컴퓨터? 컴퓨터 : 프로세서와메모리 전원을켜면어떤일이? 휘발성메모리 - 야생마 프로그램을실행하려면? 여러개의프로그램을동시에실행시키려면? 프린터에인쇄명령을내리려면? 하드디스크에저장하려면?

3 운영체제 컴퓨터하드웨어를잘관리하여 프로세서, 메모리, 디스크, 키보드, 마우스, 모니터, 네트워크, 스피커, 마이크, GPS, 성능을높이고 Performance 사용자에게편의성제공 Convenience 컴퓨터하드웨어를관리하는프로그램 Control program for computer

4 부팅 (Booting) 컴퓨터구조 프로세서, 메모리 (ROM, RAM), 디스크 POST (Power-On Self-Test) 부트로더 (Boot loader) 운영체제 관리 (Management) 프로그램 프로세서, 메모리, 디스크, 입출력장치드라이브 커널 (kernel) vs 명령해석기 (shell, command interpreter)

5 운영체제의위치 하드웨어 > 운영체제 > 애플리케이션 2 가지그림 운영체제 vs 정부 (Government) 자원관리자 (resource manager) 자원할당자 (resource allocator) 주어진자원을어떻게가장잘활용할까? 국토, 인력, 예산 정부가직접일하지는않는다 업무별부서 : 행정부, 교육부, 국방부, 건설교통부, 농림부, 프로세스, 메모리, 입출력장치, 파일시스템,

6 역사 컴퓨터역사 : 1940 년대말 ~ 하드웨어발전 vs 운영체제기술발전 Card reader > memory > processing > line printer Batch processing system ( 일괄처리 ) resident monitor Multiprogramming system ( 다중프로그래밍 ) 컴퓨터는비싼자원 빠른 CPU, 느린 i/o 메모리에여러개의 job CPU scheduling, 메모리관리, 보호 Time-sharing system ( 시공유시스템 ) 강제절환, interactive system ( 대화형 ) 가상메모리, 프로세스간통신, 동기화

7 OS 기술천이 컴퓨터규모별분류 Supercomputer > Mainframe > Mini > Micro Supercomputer > Server > Workstation > PC > Handheld > Embedded 고성능컴퓨터의 OS 기술이 Handheld/Embedded 까지 Batch processing Multiprogramming Timesharing 고등컴퓨터구조 (Advanced Computer Architectures) 고등운영체제의등장

8 다중프로세서시스템 (Multiprocessor system) 병렬시스템 (parallel system) 강결합시스템 (tightly-coupled system) 3가지장점 : performance, cost, reliability 다중프로세서운영체제 (Multiprocessor OS) 분산시스템 (Distributed system) 다중컴퓨터시스템 (multi-computer system) 소결합시스템 (loosely-coupled system) 분산운영체제 (Distributed OS) 실시간시스템 (Real-time system) 시간제약 : Deadline 공장자동화 (FA), 군사, 항공, 우주 실시간운영체제 (Real-time OS = RTOS) 고등운영체제

9 인터럽트기반시스템 Interrupt-Based System

10 인터럽트 현대운영체제는인터럽트기반시스템! 부팅이끝나면? 운영체제는메모리에상주 (resident) 사건 (event) 을기다리며대기 : 키보드, 마우스, 하드웨어인터럽트 (Hardware interrupt) 인터럽트결과운영체제내의특정코드실행 (ISR) Interrupt Service Routine 종료후다시대기 소프트웨어인터럽트 (Software interrupt) 사용자프로그램이실행되면서소프트웨어인터럽트 ( 운영체제서비스이용위해 ) 인터럽트결과운영체제내의특정코드실행 (ISR) ISR 종료후다시사용자프로그램으로

11 인터럽트기반운영체제 운영체제는평소에는대기상태 하드웨어인터럽트에의해운영체제코드 (ISR) 실행 소프트웨어인터럽트에의해 내부인터럽트 (Interrnal interrupt) 에의해 ISR 종료되면 원래의대기상태또는사용자프로그램으로복귀 인터럽트기반운영체제 그림참조

12 이중모드 한컴퓨터를여러사람이동시에사용하는환경 또는한사람이여러개의프로그램을동시에사용 한사람의고의 / 실수프로그램이전체영향 STOP, HALT, RESET 등 사용자프로그램은 STOP 등치명적명령사용불가하게! 사용자 (user) 모드 vs 관리자 (supervisor) 모드 이중모드 (dual mode) 관리자모드 = 시스템모드 = 모니터모드 = 특권모드 Supervisor, system, monitor, priviliged mode 특권명령 (privileged instructions) STOP, HALT, RESET, SET_TIMER, SET_HW,

13 이중모드 이중모드 (dual mode) 레지스터에모드를나타내는플래그 (flag) 운영체제서비스실행될때는관리자모드 사용자프로그램실행될때는사용자모드 하드웨어 / 소프트웨어인터럽트발생하면관리자모드 운영체제서비스가끝나면다시사용자모드 일반적프로그램의실행 프로그램적재 (on memory) User mode > ( 키보드, 마우스 ) > system mode (ISR) > user mode > ( 모니터, 디스크, 프린터 ) > system mode > user mode 그림참조

14 하드웨어보호 입출력장치보호 Input/output device protection 메모리보호 Memory protection CPU 보호 CPU protectiopn

15 (1) 입출력장치보호 사용자의잘못된입출력명령 다른사용자의입출력, 정보등에방해 예 : 프린트혼선, 리셋등 예 : 다른사람의파일읽고쓰기 ( 하드디스크 ) 해결법 입출력명령을특권명령으로 : IN, OUT 입출력을하려면운영체제에게요청하고 (system mode 전환 ), 운영체제가입출력대행 ; 마친후다시 user mode 복귀 올바른요청이아니면운영체제가거부 사용자가입출력명령을직접내린경우? Privileged instruction violation

16 (2) 메모리보호 다른사용자메모리또는운영체제영역메모리접근 우연히또는고의로 다른사용자정보 / 프로그램에대한해킹 운영체제해킹 해결법 MMU 를두어다른메모리영역침범감시하도록 (Memory Management Unit) MMU 설정은특권명령 : 운영체제만바꿀수있다 다른사용자또는운영체제영역메모리접근시도? Segment violation

17 (3) CPU 보호 한사용자가실수또는고의로 CPU 시간독점 예 : while (n = 1) 다른사용자의프로그램실행불가 해결법 Timer 를두어일정시간경과시타이머인터럽트 인터럽트 > 운영체제 > 다른프로그램으로강제전환

18 운영체제서비스 프로세스관리 주기억장치관리 파일관리 보조기억장치관리 입출력장치관리 네트워킹 보호 기타

19 1 프로세스관리 Process management 프로세스 (process) 메모리에서실행중인프로그램 (program in execution) 주요기능 프로세스의생성, 소멸 (creation, deletion) 프로세스활동일시중지, 활동재개 (suspend, resume) 프로세스간통신 (interprocess communication: IPC) 프로세스간동기화 (synchronization) 교착상태처리 (deadlock handling)

20 2 주기억장치관리 Main memory management 주요기능 프로세스에게메모리공간할당 (allocation) 메모리의어느부분이어느프로세스에게할당되었는가추적및감시 프로세스종료시메모리회수 (deallocation) 메모리의효과적사용 가상메모리 : 물리적실제메모리보다큰용량갖도록

21 3 파일관리 File management Track/sector 로구성된디스크를파일이라는논리적관점으로보게 주요기능 파일의생성과삭제 (file creation & deletion) 디렉토리 (directory) 의생성과삭제 ( 또는폴더 folder) 기본동작지원 : open, close, read, write, create, delete Track/sector file 간의매핑 (mapping) 백업 (backup)

22 4 보조기억장치관리 Secondary storage management 하드디스크, 플래시메모리등 주요기능 빈공간관리 (free space management) 저장공간할당 (storage allocation) 디스크스케쥴링 (disk scheduling)

23 5 입출력장치관리 I/O device management 주요기능 장치드라이브 (Device drivers) 입출력장치의성능향상 : buffering, caching, spooling

24 시스템콜 System calls 운영체제서비스를받기위한호출 주요시스템콜 Process: end, abort, load, execute, create, terminate, get/set attributes, wait event, signal event Memory: allocate, free File: create, delete, open, close, read, write, get/set attributes Device: request, release, read, write, get/set attributes, attach/detache devices Information: get/set time, get/set system data Communication: socket, send, receive

25 예제 : MS-DOS INT 21H 관련자료 예제 : 파일만들기 (Create file) AH = 3CH, CX = file attributes, DS:DX = file name

26 예제 : Linux INT 80H 관련자료 tml 예제 : 파일만들기 (Create file) EAX = 8, ECX = file attributes, EBX = file name 시스템콜라이브러리 (library) 0call%20quick%20reference.pdf

6주차.key

6주차.key 6, Process concept A program in execution Program code PCB (process control block) Program counter, registers, etc. Stack Heap Data section => global variable Process in memory Process state New Running