[OS] 2. 운영체제의 큰 그림 - 커널, 이중모드, 시스템 호출

1. 커널이란

• 운영체제의 심장,운영체제의 핵심 기능을 담당합니다.
• 윈도우, 안드로이드,iOS, 리눅스, macOS와 같이 다양한 종류의 운영체제가 있으며, 운영체제가 제공하는 기능은 다양하다.
• 하지만 공통적인 가장 핵심적인 서비스가 존재한다.
  • 자원에 접근하고 조작하는 기능, 프로그램이 올바르고 안전하게 실행되게 하는 기능 …
  • 이러한 운영체제의 핵심 서비스를 담당하는 부분을 커널(kernel)이라고 한다.
  • 운영체제에는 속하는데 커널에는 속하지 않는 기능?
    • 대표적으로 유저 인터페이스(UI)가 있음. 사용자와 컴퓨터간의 통로일 뿐 운영체제의 핵심 기능은 아님

 

2. 이중모드와 시스템 호출

• 일반적인 응용프로그램이 자원에 직접 접근하는 것이 위험하기 때문에 일반적으로 자원에 직접 접근할 수 없습니다.
  • 따라서 운영체제는 응용 프로그램들이 자원에 접근하려 할 때 오직 자신을 통해서만 접근하도록하여 자원을 보호
  • 응용 프로그램이 자원에 접근하려면 운영체제에 도움을 요청(= 운영체제의 코드를 실행)해야함
  • 이러한 응용 체제의 문지기 역할은 이중 모드로 구현
• 이중 모드
  • CPU가 명령어를 실행하는 모드를 크게 사용자 모드와 커널 모드로 구분하는 방식
  • 사용자 모드
    • 운영체제 서비스를 제공받을 수 없는 실행 모드
    • 커널 영역의 코드를 실행할 수 없는 실행 모드
    • 자원 접근 불가
  • 커널 모드
    • 운영체제의 서비스를 제공받을 수 있는 실행 모드
    • 자원 접근을 비롯한 모든 명령어 실행 가능
• 시스템 호출
  • 커널 모드로 전환하여 실행하기 위해 호출(= 운영체제 서비스를 제공받기 위해 커널 모드로 전환하는 방법)
  • 일종의 소프트웨어 인터럽트!
    • 시스템 호출이 처리되는 방식은 하드웨어 인터럽트 처리 방식과 유사!

 

3. 운영체제의 핵심 서비스 종류

• 프로세스 관리
• 자원 접근 및 할당
• 파일 시스템 관리

1. 프로세스 관리
   • 프로세스 == 실행 중인 프로그램
   • 수많은 프로세스들이 동시에 실행
   • 동시다발적으로 생성/실행/삭제되는 다양한 프로세스를 일목요연하게 관리할 수 있어야함
     • 프로세스와 스레드, 프로세스 동기화, 교착상태 해결에 대해 배울 예정
2. 자원 접근 및 할당 방법
   • CPU 접근 및 할당
     • CPU 스케쥴링: 어떤 프로세스를 먼저, 얼마나 오래 실행할까?
   • 메모리 접근 및 할당
     • 페이징, 스와핑…, 비어있는 메모리 공간을 어떻게 찾을 것인지.. 적재할 프로세스의 메모리가 클 경우
   • 입출력장치 접근 및 할당
     • 인터럽트 서비스 루틴
3. 파일 시스템 관리
   • 관련된 정보를 파일이라는 단위로 저장 장치에 보관
   • 파일들을 묶어 폴더(디렉터리)단위로 저장 장치에 보관

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『혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제』 강의 내용을 기반으로 작성된 글입니다