운영체제

운영체제

• 사용자와 하드웨어 간의 인터페이스 제공

목적

• 하드웨어를 효율적 사용하도록 성능 향상
• UI 제공
• 성능요소
  • 처리율
  • 응답시간
  • 사용가능도
  • 신뢰도

제어프로그램

• 감시 프로그램
• 데이터 관리 프로그램
• 작업 제어 프로그램

처리 프로그램

• 언어번역 프로그램
• 서비스 프로그램
• 문제 프로그램

구성 요소

• 프로세스 관리
• 주기억장치 관리
• 보조기억장치 관리
• 입출력 관리
• 파일 관리

프로세스 기능

• 생성 및 소멸
• 동기화
• 일시중지 및 재실행
• 프로세스 간 통신
• 보호 시스템
• 네트워크 관리
• 명령해석 시스템

종류

• 일괄처리 시스템
• 실시간 시스템
• 시분할 시스템
• 다중 프로그램 시스템: 여러 개의 프로갦이 동시에 실행되는 것처럼 처리하는 방식
• 다중 처리 시스템: 동시에 프로그램을 수행할 수 있는 CPU를 여러 개 두고 각각 분담하여 처리하는 방식
• 분산처리 시스템
• 결함허용 시스템: 시스템 일부가 고장나더라도 전체 시스템은 계속 가동할 수 있는 시스템

발달 과정

• 50년대: 일괄 처리 시스템
• 60년대: 다중 프로그래밍, 멀티 프로그래밍, 시분할, 실시간 처리 시스템
• 70년대: 멀티모드 시분할 시스템
• 80년대: 병렬 프로그램 실행, 펌웨어
• 90년대: GUI
• 00년대: 64bit

입출력장치 발전추세

프로그램에 의한 입출력

• CPU에서 실행되는 프로그램에 의해 입출력을 직접 제어
• CPU는 입출력장치에 명령을 보낸 후 동작이 완료될 때까지 대기
• CPU는 주기적으로 주변장치의 상태를 반복적으로 검사하는 폴링 방식
• 자원낭비가 발생

인터럽트 처리에 의한 입출력

• 입출력 인터페이스가 주변장치의 상태를 검사하여 준비상태가 되면 인터럽트 신호 발생
• 프로그램 상태를 스택에 저장한 후 문맥교환 과정을 통해 인터럽트 서비스 프로그램을 수행
• 주변장치에 명령을 보낸 후 결과가 올 때까지 CPU는 다른 작업을 수행할 수 있어 효율이 높다.

DMA

• 직접 메모리 접근 입출력
• CPU는 상태정보, 제어정보만을 교환하게 하고 데이터 전송은 주변장치와 기억장치 간에 직접 교환하게 하는 방식
• 시스템 버스상에 모듈이 하나 추가되어야 한다.
• CPU를 통하지 않고 한 번에 한 단어씩 직접 기억장치로부터 모든 데이터 블록을 전송한다.
• 전송이 완료되면 DMA모듈은 CPU에게 인터럽트 신호를 보내고 CPU는 전송의 시작과 끝 부분에만 관여한다.
• 사이클 스틸링: 버스를 사용하기 위해 CPU의 동작을 일시적으로 중단시키는 기법

채널

• DMA 개념을 확장하여 구현한 입출력만을 위한 전용 처리장치
• CPU처럼 독자적으로 주기억장치에 저장된 명령어를 처리할 수 있는 프로세스

종류

• 선택 채널: 채널 하나를 하나의 입출력장치가 독점해서 사용하는 방식
• 멀티플렉서 채널: 한 채널에 여러 개의 입출력장치를 연결하여 시분할 공유방식으로 입출력하는 저속 입출력 방식
• 블록 멀티플렉서 채널: 셀렉터 채널과 멀티플렉서 채널 방식을 결합한 방식

기억장치 인터리빙

• 인접한 메모리 위치를 서로 다른 뱅크에 둠으로 동시에 여러 곳에 접근할 수 있게 한다.
• 주기억장치의 구조적 개선으로 접근속도를 개선시키는 방법
• MAR과 MBR을 연결한 것을 기억모듈이라고 한다.
• 블록단위 전송이 가능하므로 DMA에서 많이 사용한다.

재배치 레지스터

• 수행 중인 프로그램을 다른 곳으로 옮길 수 있도록 하는 레지스터
• 주기억장치 내 프로그램의 기준 주소가 이 레지스터에 기억된다.
• 기준 레지스터 = 재배치 레지스터

폴링

• CPU가 특정 이벤트를 처리하기 위해 그 이벤트가 발생할 때까지 모든 연산을 모니터링하는데 쓴다.
• 단일 이벤트에 대해서는 유용하지만 프로그램이 길어지게 되면 그만큼 CPU 자원을 낭비하게 된다.

버퍼링

• 속도 차를 줄이기 위해 중간에서 데이터를 일시적으로 기억장소에 축적하는 방법
• CPU와 저속 입출력장치의 작동속도를 조정한다.

단일 버퍼링

• 주기억장치 일부를 버퍼로 사용한다.
• 버퍼가 채워지거나 비워지는 동안 CPU는 다른 작업을 할 수 없다.

이중 버퍼링

• 2개의 버퍼를 이용해 단일 버퍼링의 단점을 보완하고 입출력과 CPU의 처리성능을 높이는 방법
• 입출력작업과 처리작업을 동시에 처리할 수 있다.

환형 버퍼링

• 여러 개의 버퍼를 원형으로 구성하여 수행하는 방식
• CPU와 채널은 동시에 버퍼를 채우거나 비우는 일을 독립적으로 수행한다.
• 버퍼의 생산과 소비를 위해 버퍼의 수를 결정하는 게 성능에 매우 중요하다. (환형이기에)

보조기억장치

• SASD: 순차 기억장치 => 테이프
• DASD: 직접 접근 기억장치 => 나머지

광디스크

• CD-ROM: 650MB
• DVD: 4.7~17GB
• WORM Disk: write once read memory => CD-R

디스크 용어

• 트랙: 디스크의 회전축을 중심으로 만들어진 동심원
• 섹터: 트랙을 몇 개의 부채꼴 모양으로 나눈 구간
• 실린더: 디스크의 중심축으로부터 동일선상에 위치한 동일 트랙들의 모임
• 클러스터: 여러 개의 섹터를 하나로 묶은 단위, 하드디스크에서 데이터를 저장하기 위한 기본 단위
• 파일할당 테이블: 디스크에 저장되어 있는 각각의 파일들에 대한 정보를 저장한 테이블
• TPI: Track per Inch, 1인치 당 트랙의 수

보조기억장치 속도

• 레지스터 > 캐시 > 주기억장치 > 보조기억장치
• 자기드럼 > 하드디스크 > 광디스크 > 플로피디스크 > 자기테이프

입출력 채널

• IOP: Input Output Processor
• 입출력작업이 끝나면 CPU에게 인터럽트로 알려주며 입출력장치와 주기억장치 간의 속도 차이를 해결

채널의 기능

• 입출력 명령 해독
• 각각의 입출력장치에 명령 지시
• 지시된 입출력 명령의 실행을 제어

채널의 종류

셀렉터 채널

• 고속 입출력장치에 적합한 채널
• 입출력장치를 1:1로 전담
• 블록 단위 전송

멀티플렉서 채널

• 저속의 입출력장치 여러 개를 동시에 제어하는 채널
• 바이트 단위의 전송

블록 멀티플렉서 채널

• 여러 대의 고속 입출력장치를 블록단위로 처리

DMA

사이클 스틸링

• CPU가 메모리에서 명령어를 fetch하여 execute cycle 중에 있을 때 CPU가 메모리를 사용하지 않는 시간을 이용해 DMA를 행한다.
• 상태보존을 하지 않는다.

폴링은 주변장치의 상태보존을 하지 않음, 프로그램 제어하의 직접 입출력 방식

주소 지정방식

• 묵시적
• 즉시 주소 지정: 데이터가 명령어에 바로 있음
• 레지스터 주조 지정: 오퍼랜드가 메인 메모리의 주소가 아닌 레지스터를 참조
• 직접 주소 지정: 오퍼랜드에 실제 주소
• 레지스터 간접 주소 지정: 메모리 위치가 기억된 레지스터를 참조
• 인덱스 주소 지정: 오퍼랜드와 인덱스 레지스터의 내용이 더해져 유효번지가 결정
• 베이스 레지스터 주소 지정: 오퍼랜드와 베이스 레지스터 내용이 더해져 유효번지가 결정
• 상대 주소 지정: 오퍼랜드와 프로그램 카운터가 더해져 유효번지 결정
• 간접 주소 지정: 오퍼랜드가 메모리 내의 주소를 참조하여 유효번지를 계산해 메모리에 접근, 2번 메모리 참조

가상 기억장치

• 보조기억장치의 일부분을 주기억장치처럼 사용하는 것
• 매핑이 필요하다.

가상기억장치 구현방법

페이징

• 내부단편화 발생 가능

세그먼테이션

• 논리적 단위
• 기억장치 보호키 필요
• 외부단편화 발생 가능

스풀링

• 입출력할 데이터를 직접 I/O 장치로 보내지 않고 디스크에 모았다가 한꺼번에 입출력을 처리하는 방식
• CPU와 입출력장치의 처리속도 차이에서 오는 대기 시간을 줄이기 위해 고안
• 버퍼와 비슷한 개념

컴파일러

• 고급 언어 프로그램을 목적프로그램으로 번역한 후 링킹작업을 통해 컴퓨터에서 실행 가능한 실행프로그램을 생성

인터프리터

• 고급 언어 프로그램을 한 줄 단위로 받아들여 번역하고 번역과 동시에 프로그램을 한 줄 단위로 즉시 실행시키는 프로그램
• 컴파일러에 비해 느리다.

절대로더

• 번역된 목적프로그램을 입력으로 받아들인 간단한 로더
• 기억장소 할당이나 연결을 사용자가 직업 지정
• 프로그래머가 절대 주소를 기억해야 한다.
• 다중 프로그래밍 방식에서 사용할 수 없음
• 소규모
• 모듈, 라이브러리 사용 불가

재배치 로더

• 주기억장치의 상태에 따라 재배치 가능한 목적프로그램을 주기억장치의 임의 공간에 적재할 수 있도록 하는 로더

링킹 로더

• 프로그램 적재 시에 필요한 프로그램들을 결합하여 2진 프로그램 이미지를 주기억장치에 적재

객체지향 운영체재

• OOOS
• 운영체재 개발에 객체지향 프로그래밍 적용
• 객체: 모든 프로시저와 데이터를 묶어놓은 추상적 존재

펌웨어

• 마이크로 명령어로 작성된 프로그램
• 기계어 하부에 프로그래밍층을 형성

에뮬레이션

• 일종의 한 하드웨어 시스템에 부가장치를 부착하여 다른 하드웨어를 모방하는 것
• 하나의 컴퓨터가 다른 컴퓨터와 똑같이 행동하도록 만들어진 마이크로프로그래밍의 소프트웨어를 이용하는 기법

마이크로 다이어그노스틱스

• 시스템의 고장진단을 마이크로 프로그래밍에 의해 수행하는 것

마이크로 커널

• 운영체제의 커널 중에서 가장 기본적이고 핵심적인 기능만을 수행하는 부분만을 따로 구성한 모듈
• 높은 수준의 모듈화 제공

바인딩

• 프로그램 내에서 변수 등을 실제 값으로 배정하는 것
• 명령문과 데이터를 주기억장치에 특정 위치로 옮기는 것

기억장치 구성

단일 프로그래밍 시스템

• 주기억장치는 운영체제가 상주할 영역과 현재 수행될 사용자 프로그램이 적재될 영역으로 나뉜다.

다중 프로그래밍 시스템

• 여러 개의 프로세스를 처리
• 주기억장치 관리 기법이 필요하다.

연속 적재 방법

• 연속된 공간에 할당

분산 적재 방법

• 필요한 부분만 주기억장치에 적재하는 방법
• 페이지나 세그먼트로 구성

단일 사용자 연속기억장치 할당

• 주기억장치에 항상 한 프로그램만 적재된 가장 단순한 기법

상주모니터

• CPU의 유휴시간을 극복하기 위해 작업의 묶음들을 자동으로 처리할 수 있는 운영체제
• 한 프로그램에서 다른 프로그램으로 제어가 자동적으로 넘어가도록 하기 위해 기억장치에 상주
• 입출력 시간동안 CPU는 유휴상태
• 사용자 공간보다 큰 프로그램은 실행이 불가능

오버레이 기법

• 주기억 장치 용량보다 더 큰 프로그램을 분할해 그 분할 된 프로그램을 순차적으로 같은 영역에 적재해 실행하는 방법
• 디스크에 프로그램을 유지하고 운영체제에 의해 기억장치로 교체시키는 방법
• 프로그램을 여러 개의 분할된 조각으로 나누는 일은 프로그래머가 담당

교체 기법

• swipping
• 충분하지 못한 주기억장치를 가진 시스템에서 여러 개의 프로그램이 하나의 메모리에서 실행될 수 있도록 하기 위해 사용하는 기법
• swap out: 보조기억장치로 이동
• swap in: 주기억장치로 이동
• 오버레이 기능이 없으면 기억공간보다 작은 프로그램만 실행 가능

내부 단편화

• 하나의 분할에 작업을 할당하고 남은 공간

외부 단편화

• 대기 중인 작업보다 분할영역이 너무 적어 분할 전체가 빈 공간이 될 때

기억장치 통합

• 인접된 공간을 하나의 공간으로 만드는 것

기억장치 집약

• 여러 개의 기억공간들을 하나의 큰 기억공간으로 만드는 것

기억장치 배치 기법

• 최적 적합
• 최초 적합
• 최악 적합

블록 사상

• 가상기억장치 내의 작업을 블록단위로 사상하는 것

페이징 기법

직접사상

• 페이지 사상테이블의 시작점 레지스터에 페이지 번호를 더해 주기억장치에서 그 페이지 시작주소를 구한 다음 변위를 더함으로 실주소를 계산한다.
• 프로세스의 가상기억장치를 구성하는 모든 페이지에 대한 항목은 페이지 테이블에 존재

연관사상

• 빠른 주소변환을 위해 고속의 연관기억장치를 이용해 페이지 사상표 전체를 넣는 방법

연관/직접사상

• 연관기억장치에는 페이지 사상테이블 중 지역성 있는 페이지를 넣고, 나머지는 직접사상

세그먼테이션 기법

• 가상주소를 분할형태가 일정한 배열이나 함수와 같은 논리적인 다양한 크기의 가변 단위로 주기억장치의 연속적인 공간에 적재하는 방법
• 외부단편화 발생 가능
• 순수 세그먼테이션 기법에서 가상주소 양식: 세그먼테이션 번호, 변위, 가상 주소
• 세그먼 테이블 사상테이블 형식: R, W, E(xecute), A(append)

페이징/세그먼테이션 혼용

• 세그먼트를 페이지화 하는 것
• 가상주소형식이 3차원 요소로 구성: V = (s, p, d)
• 세그먼트 번호, 페이지 번호, 변위
• 세그먼트의 사상테이블의 항이 세그먼트 주소를 가지고 있지 않고 페이지 사상테이블의 기준주소를 가지고 있다.

페이지 사상테이블 항목

• 페이지 존재 비트
• 보조 기억장치 주소
• 페이지 프레임 번호

페이지 호출 기법

요구 페이지 호출기법

• 수행 중인 프로세스에 의해 호출된 페이지나 세그먼트를 주기억장치로 옮기는 전략
• 호출된 페이지는 실제로 참조되는 페이지
• 페이지를 할당받기 위해 대기시간이 길다.

예상 페이지 호출기법

• 프로세스에 의해 요청될 페이지나 세그먼트를 미리 예측하여 프로세스가 요구하기 전에 주기억장치로 적재시키는 전략
• 예측 결정이 올바라야 실행시간이 감소한다.

페이지 교체 기법

OPT

• 최적 교체
• 앞으로 가장 오랫동안 사용하지 않을 페이지를 교체하는 기법
• 실현 가능성이 없다.

무작위 페이지 교체

• 무작위로 교체
• 오버헤드가 적다.

FIFO

LRU

• Least Recently Used
• 최근에 가장 오랫동안 사용하지 않은 페이지를 교체
• 계수기나 스택을 두어 계산한다.
• 스택 알고리즘

LFU

• Least Frequently Used
• 사용빈도가 가장 적은 페이지를 교체하는 기법
• 프로그램 실행 초기에 많이 사용된 페이지가 나중에도 프레임을 계속 차지할 수 있다.

NUR

• Not Used Recently
• 최근에 사용하지 않은 페이지를 교체하는 기법
• 각 페이지마다 참조 비트와 변형 비트를 사용

클록 페이지 교체

• 원형 리스트를 사용해 페이지를 배열시켜 놓고 리스트의 포인터가 시계바늘이 돌아가는 것처럼 그 원형 리스트로 돌아가게 되는 것

SCR

• 2차 기회 페이지 교체
• 가장 오랫동안 주기억장치에 있던 페이지 중 자주 사용되는 페이지의 교체를 방지하기 위한 것
• FIFO 기법의 단점을 보완한 기법
• Second Chance 기법
• 각 페이지마다 참조 비트를 두고 1일 경우 참조 비트를 0으로 바꿔 FIFO 리스트의 맨 마지막으로 이동시킨다.

시간 국부성

• 참조되는 기억장소가 가까운 미래에 계속 참조될 수 있다.
• 반복, 서부루틴, 스택, 계산, 집계

공간 국부성

• 하나의 기억장소가 참조되면 그 근처의 기억장소가 계속 참조될 수 있다.
• 배열 순회, 순차적 실행, 변수 집합

워킹 세트

• 지역성(국부성)을 이용해 페이지 부재율을 감소시키기 위한 개념
• 일정 시간 동안 자주 참조하는 페이지의 집합

스레싱

• 페이지 부재가 비정상적으로 많이 발생하여 프로그램이 처리보다 페이지 교체에 많은 시간을 소비함으로 시스템 처리량이 급격히 저하되는 현상

페이지 부재

• 프로세스 실행 시 참조할 페이지가 주기억장치에 없는 현상

페이지 크기

작을 경우

• 효과적인 워킹세트 확보
• 사상 테이블 크기 증가
• 기억공간 낭비
• 기억장치 효율을 좋다.

클 경우

• 페이지 부재 수 최소화
• 페이지 단편화 현상 초래
• 사상 테이블 크기 감소
• 입출력 효율 증가

요구 페이징 기법

• 페이지의 요구가 있을 때 주기억장치에 적재하는 기법
• 유효 또는 무효를 나타내는 비트가 페이지 사상테이블의 각 항목에 추가된다.

전역 교체

• 프로세스가 교체할 프레임을 그 프레임이 현재 다른 프로세스에 할당되어 있어도 그에 상관없이 전체 프레임 중에서 하나를 선택하여 그 프레임을 사용할 수 있도록 해준다.
• 한 프로세스에 할당된 프레임 수는 증가한다.
• 자신의 페이지 부재율을 조정할 수 없다.

지역 교체

• 각 프로세스가 그 프로세스에 할당된 프레임 중에서 하나를 선택해서 그 프레임을 사용할 수 있도록 해준다.
• 프로세스에 할당된 프레임 수는 변하지 않는다.

프로세스

• PCB를 가진 프로그램
• 실기억장치에 저장된 프로그램
• 프로시저가 활동 중인 실체
• 비동기적 행위를 일으키는 주체
• 운영체제가 관리하는 실행 단위

프로세스 스케줄러

• 둘 이상의 프로세스가 적절히 실행될 수 있도록 컨트롤 한다.

작업 스케줄러

• 작업의 운선순위, 리소스의 할당 등을 판단해 처리율을 높이는 작업을 한다.

프로세스 상태

• 제출상태: submit
• 보류상태: hold, 스풀러에 의해 디스크에 수록되어 있는 상태
• 준비상태: ready, CPU가 사용가능한 상태, 처리를 기다리고 있는 상태
• 실행상태: running, 프로세스를 수행 중
• 대기상태: blocked, 입출력 처리가 끝날 때 까지 대기 큐에서 대기하는 상태
• 완료상태: complete

프로세스 관리 모듈

• 스풀러: 제출된 작업을 디스크에 수록하여 보류상태로 변환
• 작업스케줄러: 보류 상태 작업들 중 실행될 작업을 선정
• 프로세스 스케줄러: 여러 프로세스 중에서 실행될 프로세스를 선정
• 트래픽 제어기: 모든 프로세스의 상태를 파악하고 프로세스 관리 및 상태변환을 수행하며 프로세스 간의 통신과 동기화를 조정

프로세스 제어 블록

• PCB
• 프로세스 생성시 만들어지며 모든 프로세스는 각기 고유의 PCB를 가진다.
• 프로세스 식별자
• 프로그램 카운터
• 우선순위
• 처리기 레지스터
• 기억장치 관리정보
• 입출력 정보
• CPU 사용 시간, 시간 범위, 계정번호, 작업 번호 등

스레드

• 프로세스는 스레드를 담는 공간
• 실행점이 여러개
• CPU가 하나인 시스템에서 병행실행 가능

스케줄러

장기 스케줄러

• 작업 스케줄러
• 디스크공간에 제출된 프로세스들을 선택하여 주기억장치로 적재하며 실행 빈도수가 적어 장기 스케줄링
• 프로세스가 종료되어 시스템을 떠날 때만 새로운 프로세스를 생성하기 위해 호출

단기 스케줄러

• CPU 스케줄러, 디스패쳐
• 실행되어 있는 프로세스 중에서 한 프로세스를 선택하여 CPU를 할당

중기 스케줄러

• CPU를 경쟁하는 프로세스들의 수를 줄여서 다중 프로그래밍의 정도를 완하하는 것

선점 스케줄링

• 우선순위가 높은 다른 프로세스가 현재 프로세스를 중단시키고 자신이 CPU를 차지할 수 있는 기법
• SRT, RR, 선점 우선순위, 다단계 큐, 다단계 피드백 큐
• 시분할 시스템에 유용

비선점 스케줄링

• 한 프로세스가 CPU를 할당 받으면 다른 프로세스는 CPU를 점유하지 못하는 기법
• 우선순위, FIFO, SJF, HRN, 기한부 알고리즘
• 모든 프로세스에 공정하고 응답시간이 예측 가능

스케줄링 알고리즘

기한부 스케줄링

• 처리기 할당시간을 제한하여 작업 할당시간안에 반드시 종료되도록 하는 기법

우선순위 스케줄링 알고리즘

• 우선순위가 높은 것에 먼저 CPU를 할당하는 방식
• FIFO 원리
• 기아현상 발생을 방지하기위해 우선순위를 높이는 에이징 기법이 있다.

FCFS

SJF

• Shortest Job First
• 작업 수행시간이 가장 짧다고 판단되는 것을 먼저 수행

SRT

• 비선점 스케줄링인 SJF를 선점형태로 변경한 기법
• Short Remaining Time
• 가장 짧은 시간이 소요된다고 판단되는 프로세스를 먼저 수행
• 더 짧다고 판단되는 프로세스가 큐에 들어오면 언제라도 선점된다.
• 시분할 시스템에 유용

RR

• 각 프로세스는 같은 크기의 CPU 시간을 할당받는다.
• 시분할 방식에 효과적이다.
• 할당시간이 크면 FCFS와 같고, 작은면 문맥교환 및 오버헤드가 자주 발생한다.

HRN

• Highest Response Ratio Next
• 실행시간이 긴 프로세스에 불리한 SJF 기법을 보완하기 위한 것
• 대기시간과 서비스 시간을 사용한다.
• 우선순위 = (대기시간 + 서비스시간) / 서비스 시간

FSS

• Fair Share Scheduling
• 프로세스들 집합 간에 프로세스의 스케줄링을 지원하며 UNIX 환경에서 서로 관계있는 사용자들에게 한정된 비용으로 시스템 자원을 사용할 수 있게 개발
• 사용자들은 그룹 짓는데 우선순위 RR 프로세스 스케줄러를 사용한다.

다단계 피드백 큐 스케줄링

• Multi-level Feedback Queue Scheduling
• 여러 개의 큐를 두고 시간이 지나면 우선순위가 떨어지는 큐로 밀려나게 하는 것과 같이 실행시간이 긴 작업에 벌칙을 주는 방식
• 각 큐의 CPU 할당시간을 정할 수 있어 적응력이 커진다.

병행 프로세스

• concurrent process
• 두 개 이상의 프로세스들이 동시에 존재하며 실행상태에 있는 것

우선순위 그래프

• precedence graph
• 각 노드가 개개의 문에 대응하는 방향성 비순환 그래프
• 어떤 연산의 일부분이 가지는 우선순위 제약조건을 정의하는데 유용하다.
• 프로그래밍 언어에서는 사용이 곤란하다.

Fork/join

• 최초로 병행 프로그램을 언어적으로 표현
• Fork: 단일 연산을 2개의 독립적인 연산으로 분할시키는 방법
• Join: 병행하는 2개의 연산을 하나로 재결합시키는 방법

병행문

• parbegin/parend 표현방법을 사용하는 기법
• 1개의 프로세스가 여러 가닥의 병렬 프로세스로 분할되었다가 다시 한 가닥의 프로세스로 결합하는 것

Master/Slave

• Master는 연산 + 입출력
• Slave 연산

약결합 시스템

• 각 프로세스마다 독립된 메로리를 가진 시스템
• 분산 처리 시스템
• 각 시스템마다 독립적인 운영체제
• 프로세스 간의 통신은 메세지 전달이나 원격 프로시저 호출을 통해 이뤄진다.

강결합 시스템

• 여러 개의 프로세스가 하나의 메모리를 공유하여 사용하는 시스템
• 다중처리 시스템
• 하나의 운영체제가 모든 프로세스와 시스템 하드웨어를 제어
• 프로세스 간의 통신은 공유메모리를 통해서 이뤄진다.

대칭 다중처리 구조

• 모든 프로세스가 동등한 입장의 대칭성을 가지고 있으며 구현 및 수해이 매우 복잡한 형태의 가장 강력한 시스템
• 한 운영체제를 동시에 수행할 수 있게 재진입 코드와 상호배제가 필요하다.

비동기 병행 프로세스

• 독립적 프로세스: 시스템에서 실행 중인 다른 프로세스에 영향을 받지 않고 주지도 않는 프로세스
• 유기적 프로세스: 프로세스가 가지는 동일한 입력에 대해 반드시 동일한 결과를 갖지는 않는다.

동기화 기법

• Synchronization
• 두 개 이상의 프로세스를 한 시점에 동시에 처리할 수 없으므로 각 프로세스에 대한 처리 순서를 결정하는 상호배제의 한 형태
• 세마포어와 모니터 기법이 있다.

상호 배제

• 공유자원을 어느 시점에서 단지 한 개의 프로세스만이 사용할 수 있도록 하며 다른 프로세스가 공유자원에 대해 접근하지 못하게 하는 기법

임계구역

• Critical Section
• 다중 프로그래밍 운영체제에서 여러 개의 프로세스가 공유하는 데이터 및 자원에 대하여 어느 한 시점에서 하나의 프로세스 자원 또는 데이터를 사용하도록 지정된 공유 자원을 의미하며 이를 보호구역이라 한다.

Test and set

• 동시성을 제어하기 위한 동기화 명령어 중 하나로 하드웨어의 도움을 받아 수행
• 함수 조건을 비교할 때엔 한 프로세스가 점령을 하면 다른 프로세스가 개입을 할 수 없도록 선점해서 사용하는 개념
• 상호배제를 하는 기법

세마포어

• semaphore
• 다익스트라가 제안
• P와 V라는 2개의 연산에 의해 동기화를 유지
• 상호배제 원리 보장

시간종속 오류

• 프로세스들이 임의적으로 변수들을 공유할 때 발생하며 어떤 특정 순서로 실행이 될 때만 발생
• 프로세스가 자원에 대한 접근허가를 얻지 않고 그 자원을 연산하는 경우
• 프로세스가 자원 접근을 허용받고 나서 그 자원을 결코 해제하니 않는 경우
• 프로세스가 요청하지 않은 자원을 해제하는 경우
• 프로세스가 동일한 자원을 반복해서 요청하는 경우

생산자 소비사 문제

• 여러 개의 프로세스를 어떻게 동기화할 것인가에 대한 고전적인 문제
• 한정 버퍼 문제, Bounded-Buffer Problem
• 생산자는 데이터를 인덱스를 통해 배열에 저장하는 식으로 데이터를 생성하며 소비자는 데이터를 증가시키며 배열에 있는 데이터를 인덱스로 접근하여 소비

판독기/기록기 문제

• 다수의 프로세스가 하나의 데이터 객체를 공유하는 경우 한쪽 프로세스는 판독을 하려하고 다른 한쪽 프로세스는 기록을 하려고 할 때 발생하는 문제
• 기록기가 공유객체에 배타적 접근을 하도록 하는 것

병행 프로그래밍 언어

• Ada: 구조화되고 통계학적 형태를 가지고 명령적, 객체지향적인 고급수준의 컴퓨터 프로그래밍 언어
• CSP: 처음으로 병행시스템에서 상호작용 패턴을 표현하는 언어

프로세스 간의 통신

• 직접통신
• 간접통신: 메일 박스를 통해 메세지를 보내거나 받는다, 단방향 양방향 모두 가능

교착상태

필수조건

• 상호배제 조건: 자원은 한 번에 한 프로세스만 사용해야 한다.
• 점유와 대기 조건: 각 프로세스가 이미 자신에게 할당된 자원을 갖고 있으면서 다른 자원을 더 요구하고 있다.
• 비중단 조건: 프로세스에 할당된 자원은 스스로 반납하기 전에는 빼앗지 못한다.
• 환형대기 조건: 프로세스 간 환형사슬이 존재하여 각 프로세스는 다음 프로세스가 요구하는 자원을 가지고 있다.

자원할당 그래프

• 프로세스와 자원 간의 관계를 나타내는 그래프를 의미한다.

교착상태 확인방법

• 자원할당 그래프의 사이클이 존재하는지 확인한다.
• 사이클이 지원 유형에 하나라도 있으면 교착상태다.

교착상태 회피

• 프로세스 시작 거부
• 자원할당 거부: 은행원 알고리즘

교착상태 탐지

교착상태 복구

디스크 접근 시간

• Access Time = Seek Time + Rotational Latency + Transfer time
• 탐색시간: 헤드를 적정 트랙으로 이동하는데 걸리는 시간
• 회전지연시간: 데이터가 현재 위치에서 디스크 헤드까지 회전하는 데 소요되는 시간
• 전송시간: 실제 바이트가 이동하는데 소요되는 시간

디스크 스케줄링

FCFS

SSTF

• Shortest Seek Time First
• 탐색거리가 가장 짧은 트랙에 대한 요청을 먼저 서비스하는 기법
• 일괄 처리 시스템에 유용
• 대화형 시스템에는 부적합

SCAN

• SSTF가 갖는 탐색시간의 편차를 해소하기 위한 방법
• 현재 진행 중인 방향으로 가장 짧은 탐색거리에 있는 요청을 먼저 서비스
• Denning이 개발
• 대부분의 디스크 스케줄링에서 기본 전략
• 진행하면서 들어온 요청도 처리
• 오버헤드가 작을 경우 가장 효율적

N-step SCAN

• 진행하면서 들어온 요청은 따로 모아 반대방향 진행 때 처리

C-SCAN

• 항상 바깥쪽에서 안쪽으로 움직이면서 가장 짧은 탐색거리를 갖는 요청을 서비스
• 안쪽 끝까지 이동하면 가장 바깥쪽 끝으로 이동하고 다시 안쪽으로 들어온다.

C-LOOK

• 안쪽 끝까지 이동 후에 가장 바깥쪽 요청 트랙으로 이동한다.

SLTF

• Shortest Latency Time First
• 섹터 큐잉
• 회전 시간의 최적화를 위해 디스크 대기 큐에 있는 여러 요청을 섹터 위치에 따라 재정렬하고 가장 가까운 섹터를 먼저 서비스

RAM 디스크

• 빠른 속도로 자료를 처리할 필요가 있을 때 주기억장치인 RAM의 일부를 보조기억장치인 디스크처럼 사용하는 것

블로킹

• 레코드의 입출력 효율을 높이기 위해 여러 개의 논리 레코드를 하나의 블록으로 묶는 것

버퍼링

• 주기억장치의 일부에 큐 방식으로 동작하는 버퍼
• 하나의 프로그램에서 CPU 연산과 I/O 연산을 중첩시켜 처리하는 방식

파일 구조

순차 파일

• 물리적 순서에 따라 저장

인덱스 순차파일

• 레코드를 키에 따라서 논리적 순서대로 저장하고 시스템은 각 레코드의 실제 주소가 저장된 색인을 관리
• 디스크에 적용되는 방식, 테이프 사용 불가

인덱스 순차파일 구성

• Prime
• Index
  • 마스터
  • 실린더
  • 트랙
• Overflow

직접 파일

• 물리적 주소를 통해 직접 액세스되는 파일
• 해싱 함수를 이용해 물리적 상대주소를 계산한 후 해당주소에 레코드를 저장
• DASD의 물리적 주소를 통해 파일의 각 레코드에 직접접근이 가능하여 접근 및 기록의 순서에 제약이 없다.

파일 접근방식

• queued access method: 레코드 순서를 미리 예상 가능할 때 사용
• basic access method: 물리적 블록의 RW는 액세스 방식이 담당하고 블로킹 및 해체는 사용자가 담당한다.

디스크 공간할당

연속할당

• 집약 작업이 필요하다.
• 단편화가 발생할 수 있다.

불연속할당

섹터지향 할당

• 동일한 파일에 속하는 섹터들을 연결리스트로 구성하여 할당하는 방식
• 논리적 연결을 탐색하는데 오랜 시간이 필요하고 포인터를 저장할 공간이 필요하다.

블록할당

• 파일에 액세스할 때 해당 블록을 결정한 후 해당 섹터를 결정해야하는 기법
• 블록체인 기법
• 인덱스 블록체인 기법
• 블록지향 파일사상기법: 포인터 대신 FAT(할당 테이블)에 있는 블록번호를 사용하는 기법

파일 서술자

• file desriptor, FCB
• 파일이름
• 파일구조
• 보조기억장치에서 파일 위치
• 보조기억장치 유형
• 액세스 제어정보
• 파일 유형
• 생성 일시, 제거 일시
• 최종 수정 일시
• 액세스 횟수

접근제어

접근제어 행렬

• 시스템 보호기법으로 행은 사용자 영역, 열은 객체를 나타낸다.

접근제어 리스트

• ACL
• 각 객체에 댛나 리스트는 영역, 권한, 집합의 순서쌍으로 구성

자격 리스트

• capability list
• 각 사용자 영역에 대한 자격들로 구성되며 객체와 그 객체에 허용된 연산 리스트

분산파일시스템

• DFS, Distributed File System
• 여러 대의 서버에 걸쳐 분산되어 저장될 수 있는 계층형 파일시스템

데이터 압축

비손실 압축

• Run Length: 문자의 반복을 줄임
• 동적 사전법: 출현빈도에 따라 이진트리나 해시테이블 구성 후 포인터로 대체

손실압축

• 이미지 압축
• 오디오 압축
• 비디오 압축

프로세스 테이블 정보

• 프로세스 고유번호, 상위 프로세스 고유번호 (PID, PPID)
• 사용자 이름, 사용자 그룹 이름 (UID, GID)
• 프로세스 현재 상태

장치 드라이버

• 장치드라이버 디렉터리는 /dev
• 시스템의 각종 디바이스들에 접근하기 위한 디바이스 드라이버들이 저장되어 있는 디렉터리
• 하드디스크에 차지하는 공간이 없는 가상 디렉터리

UNIX의 장치 분류

• 블록 지향적: 입출력이 버퍼화되고 물리적인 입출력이 블록단위로 수행
• 문자 지향적: 입출력이 버퍼화되지 않고, 물리적 입출력이 문자 단위로 수행, Raw 인터페이스

UNIX의 파일

• 일반 파일
  • 데이터 파일: 텍스트 데이터 파일, 이진 데이터 파일
  • 실행가능 프로그램 파일
• 디렉터리 파일
• 특수 파일: 주변장치들을 파일이름을 통해 접근 가능
• 파일이름에 공백이 와서는 안 된다.
• 255자까지 가능하다.

파일접근 자료구조

• 부트 블록
• 슈퍼 블록
• i-node 블록: 각 파일에 대한 metadata가 기록된 고정된 크기의 구조체 블록
  • 파일 소유자 사용번호, 그룹번호
  • 파일의 종류
  • 데이터 블록의 주소
  • 파일의 크기
  • 파일이 생성, 사용, 변경된 시간
  • 파일의 링크 수
• 데이터 블록: 실제 파일블록을 저장하는 데 이용하는 블록

리디렉션

• 명령어 처리 시 입출력 방향을 지정할 때 사용

UNIX 시스템의 3가지 구성요소

• 쉘
• 커널
• 어플리케이션