[운영체제] Chapter 1. Introduction

경희대학교 허선영 교수님의 운영체제 수업을 기반으로 정리한 글입니다.

 

Computer Architecture 

von Neumann Architecture

• processing unit with arithmetic logic units & processor registers
• Memory stores data & instructions

-> CPU와 Memory를 분리하여 명령어를 따로 저장하는 '프로그램 내장 방식'이 핵심 !!

-> 기존에 하나의 기기를 스위치로 조작하던 방식 -> CPU와 메모리를 분리하고, '연산 작업'을 program memory에 순서대로 저장한 후, 해당 연산 작업이 필요해질 때 저장해놓은 program을 찾아 data 영역으로 꺼내온 뒤 입력값과 함께 전달하여 CPU에 전달해 연산작업 진행 -> CPU에서 데이터 연산을 마친 뒤 다시 memory에 저장

-> 폰 노이만 구조는 hardware를 재배치할 필요 없이, 프로그램인 software만 교체하면 되므로, software programming이 가능한 세계 최초의 프로그램 내장 방식 컴퓨터를 탄생시킴(EDSAC)

 

 

• von Neumann Architecture의 문제점: CPU와 Memory 사이의 병목현상 -> CPU와 메모리 사이에서 명령을 전송하는 속도 & 메모리 내부에서 프로그램을 찾는 속도 매우 느림
• 대규모 병렬처리(Massively Paralled Processor), Multi core processor, cache, ...

Hardware Organization of Typical Computing System

• CPU
• Bus
• Main Memory
• USB controller
• Graphics adapter
• Disk controller

 

Storage Hierarchy

• volatile & nonvolatile storage -> pc가 꺼져도 data가 남아있는가를 기준으로 나뉨
• registers: 사칙연산 결과를 임시로 저장
• cache: memory의 정보를 미리 가져옴
• registers & cache는 CPU 상에 존재 -> on-chip
• storage capacity가 커지면, access time은 느려짐
• storage capacity가 작아지면, access time은 빨라짐

Example

1. Disk에 위치한 프로그램 실행
2. Memory에 program(instruction set) 위치
3. CPU는 program 내의 instruction을 하나하나 처리
4. fetch(명령어 가져오는 과정) - decode(명령어 해석) - execute - store

 

Multi-Core Processors

• Multiple processor cores are integrated onto a single chip
• CPU 1개 but, 명령어 처리 가능한 core가 여러 개
• core 1개 당 1개의 thread 처리 가능 
• 그렇다면 core가 많을 수록 무조건 좋다? -> clock 속도를 간과할 위험이 있다.

 

What Operating Systems Do?

• Computer User & Computer Hardware 사이에서 동작한다

• Process Management: 한정된 자원에 어떻게 process를 효율적으로 배분할지가 중요
• Process Synchronization: 
  • 공유 데이터의 동시접근은 데이터의 불일치 문제
  • 일관성 유지를 위해서는 협력 프로세스간의 실행 순서를 정해주는 메커니즘 필요

 

Process Management

Process

• Process: 실행 중인 프로그램 -> work의 단위
• os는 각각의 Process의 Lifetime을 관리

 

Thread

• Thread: CPU 내부에서 실질적으로 work를 수행하는 가장 작은 단위
• Multi-threading: 하나의 process를 다수의 실행 단위로 구분하여, 자원을 공유하고 자원의 생성과 관리의 중복성을 최소화하여 수행 능력을 향상시키는 것 -> 하나의 프로그램에서 여러 개의 일을 수행할 수 있도록 함
• ex) 워드 프로세서에서 그림을 표시하고, 키 입력에 응답하며, 철자 및 문법 검사를 계속 함

 

Process Scheduling

• Scheduler: 언제, 어떤 process를 선택해서 CPU에서 실행하는지 선택하는 Module
• CPU 효율 극대화를 위해서 적절한 Scheduling 필요

 

Process Synchronization

• Critical Section: 병렬 프로그래밍에서 둘 이상의 thread가 동시에 접근해서는 안 되는 공유자원(file, I/O, 공유 데이터 등)을 접근하는 intruction 혹은 code의 일부 영역
• Critical section으로 발생하는 문제를 해결하기 위해서 Process Synchronization(동기화)이 필요

 

Storage Management

 

File Management

 

 

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참고자료

• https://jiwondev.tistory.com/109

컴퓨터 구조 #2 (컴퓨터의 탄생, 폰노이만 구조)

• https://velog.io/@kanamycine/%EB%A9%98%ED%86%A0%EB%A7%81-1.-%EB%A9%80%ED%8B%B0%EC%BD%94%EC%96%B4-%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%84%9C

멀티코어 프로세서

• https://data-engineer.tistory.com/50

[OS Chapter 6] Process Synchronization

• https://eun-jeong.tistory.com/20

[운영체제] 멀티스레드 : Multi-thread (장단점, 멀티프로세스와 차이)

• https://rebro.kr/175

[운영체제(OS)] 5. 프로세스 스케줄링(Process Scheduling)

• https://hun-developer.tistory.com/entry/Critical-Section%EC%9D%B4%EB%9E%80-%EB%AC%B4%EC%97%87%EC%9D%BC%EA%B9%8C

Critical Section이란 무엇일까?