운영체제 2장 - 프로그램, 설계와 구현, 구조

2.5 시스템 프로그램

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• 시스템 프로그램
  • 프로그램 개발과 실행을 위해 편리한 환경을 제공하는 프로그램
  • 파일관리, 상태정보, 파일 변경, 프로그래밍 언어 지원, 프로그램 적재 및 실행, 통신, 서비스, deamon, 서브 시스템 등
• 응용 프로그램
  • 일반적인 사용자들이 사용하는 프로그램들
• 운영체제에 대한 대부분의 사용자 관점은 system call이라기 보다는 시스테 ㅁ프로그램과 응용 프로그램에 의해 정의됨

2.6 운영체제의 설계와 구현

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• 하드웨어와 시스템 유형에 따라 다름
• 기법(Mechanism)과 정책(Policy)을 분리하여 설계함
  • 기법은 cpu 보호를 위해 타이밍 구조를 사용하는 것 처럼 바뀌지 않는 것
  • 정책은 특장 사용자를 위해 타이머 양을 결정하는 것처럼 바뀔 수 있는것
  • 유연성을 위해 분리가 중요함

    시스템 구현

• 초기 운영체제는 어셈블리 언어루 작성됨
• 현재 대부분의 운영체제는 고급 언어로 작성됨
  • 커널 수준의 코드는 어셈블리 언어로 작성됨
• 고급 언어 구현의 장단점
  • 장점 : 코드를 빠르게 작성, 이해와 디버깅이 쉽고, 이식하기 쉽다
  • 단점 : 속도가 느려짐, 소요 메모리 증가 주장
    • 그러나 현대 최적화 컴파일러는 훨씬 우수한 성능
    • 현재 OS의 주된 성능 향상은 자료구조와 알고리즘에 의한것이므로 차이가 없다

2.7 운영체제 구조

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• 단층적 구조 Simple structure : 많은 기능들이 하나의 계층으로 구현됨
• 계층적 구조 Layered structure : 운영체제가 여러 계층으로 구분됨
• Microkernel : 필수적이 아닌 구성요소를 커널에서 모두 제거하고, 시스템 및 사용자 수준 프로그램으로 구현함

단층적 구조

• 장점 : 커널 내부 통신 오버헤드가 거의 없어 성능이 뛰어남
• 단점 : 구현과 유지보수가 어려움
• MS-DOS : 최소 공간에 최대 기능을 제공하도록 작성
• UNIX : 초기 하드웨어에 기능 제한이 있었으며, 제한된 구조를 가짐
  • kernel과 system program으로 구성
  • kernel은 여러 인터페이스와 장치 드라이버로 분리되어 확장됨

계층적 구조

• 장점: 하위 계층에 어떻게 구현되었는 지 알 필요 없음. 무슨 일만 하는지 알면 됨
• 단점 : 각 계층을 적절히 정의하기 어려움. 비효율적(통신 오버헤드 발생)
• 최하위 계층(layer 0) : 하드웨어
• 최상위 계층(layer N) : 사용자 인터페이스
• Modularity
  • 각 계층은 하위 계층에서 제공하는 함수와 서비스만 사용함

    Microkernel

• UNIX 커널이 확장되면서 관리하기 어려워져서, 이를 해결하기 위해 Mach 커널 개발
• 장점 : 확장성, 운영체제 이식성, 높은 신뢰성과 보안성
  • 커널에서 수행되는 코드가 적고, 사용자 프로세스로 실행되기 때문
• 단점 : 시스템 함수의 오버헤드 발생. 통신 오버헤드 발생
• 커널의 필수적이 아닌 많은 부분을 사용자 공간으로 이동
• 마이크로커널의 기본 기능
  • 사용자 모듈과 사용자 공간에서 수행하는 서비스간의 통신 기능 제공(Message passing)

Modules

• 코어 컴포넌트와 적재 가능한 코어 모듈로 구성
• 동적으로 적재되어 커널 기능을 확장함
• 모듈 인터페이스의 특징
  • 각 컴포넌트가 분리됨.
  • 계층적 구조와 유사하지만 더 유연함.
  • 마이크로 커널과 유사하지만 더 효율적(message passing을 사용하지 않음)
• 리눅스의 운영체제 구조
• 윈도우의 운영체제 구조
• Mac OS X 운영체제 구조
• IOS과 Android의 운영체제 구조