운영체제의 개요
Window, Mac, Unix 같은 우리가 잘 알고 있는 OS(Operating System)은 아주 중요한 역할을 한다. 우리가 운영체제가 안 깔린 노트북을 샀을 때 아무것도 동작을 못하는 것을 기억하면 좋을 것이다. 오늘은 이러한 운영체제가 어떤 역할을 하는 지에 대해서 전체적인 개요를 정리해보겠다.
운영체제는 하드웨어와 소프트웨어 자원을 관리하고, 사용자와 컴퓨터 간의 상호작용을 지원하는 시스템 소프트웨어이고, 시스템 자원 관리, 사용자 및 프로그램 간의 인터페이스 제공, 그리고 보호와 보안 기능까지 담당한다.
시스템 자원 관리
운영체제는 컴퓨터 하드웨어 자원을 효율적으로 관리하고, 여러 프로그램이 이 자원을 적절히 사용할 수 있도록 조정하는 역할을 한다. 아래는 중요한 시스템 자원이다.
- CPU(중앙 처리 장치): CPU는 컴퓨터의 두뇌로, 각 프로그램에 대해 얼마나 많은 CPU 시간을 할당할지 운영체제가 결정한다. 여러 프로그램이 동시에 실행될 경우에는 운영체제는 스케줄링 알고리즘을 사용해 각 프로그램에 적절한 순서대로 CPU를 할당한다.
- 메모리(DRAM, RAM): 운영체제는 각 프로그램이 어느 주소 공간에 저장될지, 그리고 메모리 공간을 얼마나 확보 할 지를 결정한다. 이를 통해 여러 프로그램이 동시에 메모리를 사용하면서도 충돌 없이 실행될 수 있다. 이 과정에서 메모리 할당 및 관리를 수행한다.
- I/O 장치(입출력 장치): 키보드, 마우스, 모니터, 네트워크 장치 등과 같은 입출력 장치는 사용자와 컴퓨터 사이의 상호작용을 가능하게 한다. 운영체제는 각 장치와의 통신을 관리하며, 데이터의 입력과 출력을 처리한다.
- 저장 매체(SSD, HDD): SSD나 HDD 같은 저장 장치는 데이터를 장기적으로 저장하는 곳이다. 운영체제는 파일을 어떻게 저장할지, 어디에 저장할지, 그리고 저장된 파일을 어떻게 관리 할 지를 결정한다. 이는 파일 시스템을 통해 이루어지며, 파일의 저장, 삭제, 접근 권한 관리 등을 담당한다.
결론적으로 운영체제가 없다면 하드웨어는 아무 일을 하지 못한다.
사용자와 컴퓨터 간의 커뮤니케이션 지원
운영체제는 쉘이라는 것을 통해서사용자와 컴퓨터 간의 인터페이스를 제공한다. 사용자는 이 인터페이스를 통해 컴퓨터와 상호작용하고, 명령을 입력하거나 프로그램을 실행할 수 있다.
- 쉘(Shell): 쉘은 사용자가 운영체제에 명령을 입력하고 그 결과를 받을 수 있게 해주는 소프트웨어이다. 사용자가 입력한 명령을 해석하여, CPU 및 기타 하드웨어 자원에게 전달하는 역할을 한다. 쉘에는 텍스트 기반의 CLI와 그래픽 기반의 GUI가 있다.
컴퓨터 하드웨어와 프로그램 제어
운영체제는 컴퓨터 하드웨어와 실행 중인 프로그램을 제어하여, 시스템이 효율적이고 안정적으로 동작하도록 한다.
- 프로세스 관리: 실행 중인 프로그램(프로세스)을 관리하고, 여러 프로세스가 동시에 실행될 때, 운영체제는 CPU 시간을 할당하고, 각 프로세스가 필요한 자원을 관리하며, 프로세스 간의 동기화와 통신을 지원한다. 또한, 프로세스 생성과 종료, 우선순위 설정, 프로세스 전환 등의 기능을 수행한다.
- 주기억장치 관리: RAM과 같은 주기억장치를 관리하여, 각 프로그램이 사용하는 메모리를 효율적으로 할당한다. 또한, 메모리가 부족할 때는 가상 메모리를 사용하여 디스크의 일부를 메모리처럼 활용하는 기능도 제공한다.
- 파일 관리: 운영체제는 파일의 생성, 삭제, 읽기 및 쓰기와 같은 작업을 관리한다. 파일 시스템을 통해 파일과 디렉터리를 조직화하고, 접근 권한을 설정하며, 데이터를 효율적으로 저장하고 검색하는 기능을 제공한다.
- 디스크 관리: 디스크는 대용량 데이터를 저장하는 장치로, 운영체제는 디스크의 파일을 어떻게 저장하고 읽을지를 관리한다. 이를 위해 디스크 스케줄링 및 파티션 관리 등의 기능을 수행한다.
- 입출력 장치 관리: 각종 입출력 장치와의 통신을 관리하여, 사용자와 컴퓨터가 원활하게 상호작용할 수 있도록 한다. 키보드, 마우스, 프린터 등과 같은 장치의 요청을 처리하며, 데이터 전송을 최적화하는 역할을 한다.
- 네트워킹: 운영체제는 컴퓨터가 네트워크를 통해 다른 컴퓨터와 데이터를 주고받을 수 있게 해준다. 네트워크 프로토콜을 사용하여 데이터 통신을 관리하며, 여러 컴퓨터 간의 연결 관리, 데이터 전송, 보안을 담당한다.
보호 및 보안
운영체제는 시스템 자원과 데이터를 보호하고, 외부의 위협으로부터 시스템을 안전하게 지켜주는 역할을 한다.
- 사용자 인증: 사용자에게 로그인을 요구하여, 신원을 확인하고 시스템에 접근할 수 있는 권한을 부여한다.
- 권한 관리: 파일, 디렉터리, 장치 등 각 자원에 대해 접근 권한을 설정하여, 인증된 사용자만이 특정 자원에 접근하거나 수정할 수 있도록 한다.
- 데이터 보호: 중요한 데이터를 보호하기 위해 암호화를 사용하거나, 백업을 통한 데이터 복구 기능을 제공한다.
대표적인 운영체제
- Windows: 마이크로소프트가 개발한 운영체제로, 전 세계에서 가장 널리 사용되는 데스크톱 운영체제이다.
- MacOS: 애플의 데스크톱 운영체제로, 주로 애플의 하드웨어(Macbook, iMac 등)에서 사용된다.
- UNIX: 오래된 운영체제 중 하나로, 다양한 시스템에서 사용되는 다중 사용자, 다중 작업 운영체제이다.
- Linux: UNIX 계열의 운영체제로, 자유 소프트웨어로 배포되며 서버, 데스크톱, 모바일 등 다양한 환경에서 사용된다.
