정보처리기사[실기 핵심 정리] - 운영체제 기초

기억장치

1) 기억장치의 개념

• 데이터, 프로그램, 연산의 중간 결과 등을 일시적 또는 영구적으로 저장하는 장치

 

2) 기억장치의 종류

 

• 레지스터
  • 중앙처리장치(CPU)내부에 위치
  • 접근 시간이 CPU의 처리 속도와 유사하다
• 캐시 메모리
  • CPU와 주기억장치 사이의 속도 격차를 줄이기 위해 사용
  • 실행 중인 프로그램의 자주 사용되는 명령어와 데이터를 저장
• 주기억장치
  • CPU가 직접 접근하여 데이터를 읽고 쓸 수 있는 장치

종류	설명
ROM (Read Only Memory)	● 읽기만 가능한 읽기 전용 메모리 ● 비 휘발성 메모리 ● 종류: mask-ROM, PROM, FPROM, EEPROM
RAM (Random Access Memory)	● 기억장소를 임의로 접근할 수 있는 메모리 ●  읽고 쓰기가 가능한 휘발성 메모리 ●  SPAM: 전원이 공급되는 중에 내용이 사라지지 않음(캐쉬 메모리로 사용) ●  DRAM: 일반적인 주기억장치로, 일정 시간이 지나면 내용이 사라지는 RAM

 

• 연관 메모리
  • 주소에 의해 접근하지 않고, 기억된 내용을 일부를 이용하여 Access할 수 있는 기억장치
• 보조기억장치
  • 주기억장치에 비해 접근 시간은 느리지만 기억 용량이 크다
  • 종류: HDD,SDD,CD,USB,플로피디스크 등
• SSD

특징	설명
구조 및 작동 원리	● SSD는 기계적인 움직임이 없는 반도체 기반의 저장 장치이다 ● NAND 기반의 플래시 메모리 칩을 사용하여 데이터를 저장한다.1
속도	● SSD는 HDD에 비해 훨씬 빠른 읽기 및 쓰기 속도를 제공한다. ● 데이터 접근 시간이 짧고, 기계적인 부품이 없어 빠른 데이터 전송이 가능
내구성	● SSD는 움직이는 부품이 없어 충격에 강하고 더 안정적인 성능을 제공한다.
소음 및 발열	● 기계적인 부품이 없어 소음이 적고, 발열도 상대적으로 낮다
에너지 효율	● 더 낮은 전력을 사용하여 배터리 수명을 연장하는 데 도움이 될 수 있다.

시스템 소프트웨어

1) 시스템 소프트웨어의 개념

• 시스템 소프트웨어는 응용 소프트웨어를 실행하기 위한 플랫폼 제공
• 컴퓨터 하드웨어의 작동과 접근을 관리
• 종류

종류	설명
로더	프로그램을 메모리에 적재하고 실행을 준비
링커	목적 파일(Object File)을 실행 파일(Excute File)로 변환
유틸리티	하드웨어, 운영체제, 응용 소프트웨어 관리를 지원
번역기 (컴파일러,어셈블러)	특정 프로그래밍 언어를 다른 언어로 변환
장치 드라이버	특정 하드웨어나 장치를 제어
운영체제	하드웨어 관리와 통신 등 다양한 기능을 제공

 

2) 시스템 소프트웨어 구성

• 제어 프로그램(감작데)

종류	설명
감시 프로그램 (Supervisor Program)	프로그램 실행과 시스템 상태를 감시/감독한다.
작업 관리 프로그램 (Job Control Program)	스케줄 관리 및 시스템 자원 할당을 담당한다.
데이터 관리 프로그램 (Data Control Program)	데이터 전송 및 파일 조작을 관리한다.

• 처리 프로그램

종류	설명
서비스 프로그램 (Service Program)	사용 빈도가 높은 프로그램을 포함한다.
문제 프로그램 (Problem Program)	특정 업무를 해결하기 위해 사용자가 작성한 프로그램
언어 번역 프로그램 (Language Translator Program)	어셈블러,컴파일러,인터프리터 등

운영체제

1) 운영체제의 개념

• 응용프로그램이 하드웨어를 제어하여 실행될 수 있도록 관리하는 소프트웨어
• 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리하며, 사용자가 컴퓨터를 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공

2) 운영체제의 특징

• 여러 프로그램을 충돌 없이 동시에 실행할 수 있게 관리한다.
• 컴퓨터 하드웨어와 프로그램 사이의 인터페이스 역할을 한다.
• 시스템 오류 및 예외 상황을 감지하고 보고한다.
• 자원 이용 현황에 대한 통계자료를 제공한다.

 

3) 운영체제의 기능

기능	설명
프로세스 관리	프로세스의 생성, 실행, 관리
메모리 관리	메모리 공간의 할당 및 회수를 관리
파일 관리	파일 시스템 운영 및 파일 저장을 관리
입출력 관리	입출력 장치의 관리를 담당
보조기억장치 관리	보조기억장치의 공간 할당 및 관리를 담당
네트워킹	컴퓨터 통신을 위한 제어 관리를 수행
정보 보안 관리	사용자 인증 및 실행 권한을 관리
명령해석 시스템	사용자 명령을 해석하고 실행

 

4) 운영체제 운용 기법

운용기법	설명
일괄 처리 시스템	어러 작업을 묶어서 처리
실시간 처리 시스템	요청 실행을 즉시 수행
다중 프로그래밍 시스템	하나의 작업이 입출력 중일 때 다른 작업을 처리 하나의 CPU로 동시에 여러 프로그램이 실행되는 것 처럼 보인다
시분할 시스템	정해진 시간 동안 작업을 실행
다중 처리 시스템	여러 CPU를 이용해 동시에 여러 작업을 처리 병렬처리 시스템 이라고도 한다.
다중 모드 시스템	다양한 운용 기법을 혼합하여 사용
분산처리 시스템	여러 독립된 시스템이 통신으로 연결되어 상호 작용

 

5) 운영체제 성능 평가 기준

기능	설명
처리량	● 일정 시간 내 처리하는 작업의 양
반환시간	● 작업 요청부터 결과 반환까지 소요되는 시간 ● 대기시간 + 실행시간 + 응답시간
신뢰도	● 작업 결과의 정확도 및 신뢰성을 나타낸다.
사용 가능도	● 시스템의 즉시 사용 가능한 정도
확장성	● 시스템이 증가하는 부하나 요구사항에 맞춰 절적히 확장되는 능력
보안	● 시스템이 외부 위협으로부터 보호하는 능력, 데이터의 기밀성, 무결성, 그리고 가용서을 유지       하는 능력
자원 활용도	● 시스템 자원(예: CPU, 메모리)이 얼마나 효과적으로 사용되는지를 나타낸다.

운영체제의 종류

1) 윈도우

• 마이크로소프트사에서 개발한 운영체제로, MS-DOS에 멀티태스킹 기능과 GUI환경을 제공한다.
• 윈도우 95부터 시작해서 98, ME, XP,7,8,10 등 다양한 버전으로 출시되었다.
• 특징

특징	설명
GUI 제공	● 그래픽 사용자 인터페이스를 제공
선점형 멀티태스킹 방식	● 동시에 여러 프로그램을 실행 ● 운영체제가 작업을 CPU 이용시간을 제어
자동감지 기능 제공 (Plug and Play)	● 하드웨어 설치 시 필요한 시스템 환경을 운영체제가 자동으로 구성
OLE(Object Liking and Embedding) 사용	● 문서에 개체를 삽입하여 편집할 수 있는 기능을 제공

 

2) 리눅스(Linux)

• 1991년 리누스 토발즈에 의해 개발된 오픈소스 유닉스 호환 운영체제

특징	설명
다중 사용자 시스템	여러 사용자가 동시에 시스템에 접근하고 프로그램을 사용할 수 있다.
오픈소스	커널과 응용 프로그램이 공개되어 있어 사용자가 수정하여 사용할 수 있다.
파일 시스템	리눅스 고유의 파일 시스템 EXT2 ~ EXT4와 FAT, FAT32 등을 지원
이식성, 유연성 ,확장성	C언어로 개발되어 다른 시스템으로의 이식이 가능
다양한 배포판	서버, 개발용 PC 용 등의 다양한 용도와 배포판이 존재

 

3) 유닉스(Unix)

• 유닉스 개요
  • 1969년 미국 AT&T 벨연구소에서 켄 톰슨이 개발한 운영체제
  • 처음에는 어셈블리 언어로 개발되었으나 데니스 리치가 1972년 C언어로 다시 작성
  • 현대적 컴퓨터 운영체제의 원형으로, 윈도우를 제외한 macOS,IOS등 많은 운영체제의 기반이 되었다.
• 유닉스 특징

특징	설명
시분할 시스템	대화식 운영체제로서 시분할 시스템을 위해 설계
이식성	대부분 C언어로 작성되어, 다양한 하드웨어와 호환
다중 사용자 및 작업 지원	여러사용자가 동시에 여러 작업을 수행할 수 있다.
네트워킹	강력한 네트워킹 기능으로 통신망 관리에 적합
파일 시스템	트리 구조의 파일 시스템
개발 용이성	전문적인 프로그램 개발에 유리
다양한 유틸리티 프로그램	다양한 유틸리티 프로그램을 포

• Unix 시스템의 구성

구성	설명
커널 (Kernel)	● UNIX의 가장 핵심적인 부분 ● 컴퓨터가 부팅될 때, 주기억장치에 적재된 후 상주하면서 실행 ● 다양한 시스템 관리 기능을 수행
쉘 (Shell)	● 명령어 해석기 ● 사용자 명령어를 해석하여 프로그램을 호출하고 명령을 수행하는 인터페이스 ● 공용 Shell(Bourne Shell, C Shell, Korn Shell)이나 사용자가 만든 Shell 사용 가능
Utility Program	● 일반 사용자가 작성한 응용 프로그램을 처리하는 데 사용 ● 에디터, 컴파일러, 인터프리터, 디버거 등

• UNIX 파일 시스템 특징

특징	설명
트리 구조	유닉스 파일 시스템은 트리구조를 가지고 있다
파일 처리	디렉토리와 주변장치도 파일로 취급되며, 파일의 생성 및 삭제, 보호 기능을 포함한다.
파일 처리	일반 파일, 디렉토리 파일, 특수 파일 형태를 제공한다.

• UNIX 파일 시스템의 구조

특징	설명
부트 블록	부팅 시 필요한 코드가 저장되는 블록
슈퍼 블록	전체 파일 시스템에 대한 정보가 저장된 블록
I-node 블록	각 파일이나 디렉토리에 대한 모든 정보가 저장된 블록
데이터 블록	실제 파일 데이터가 저장된블

• 파일 디스크립터(FD, File Descriptor)
  • 파일 디스크립터 특징
    • 유닉스 시스템에서 프로세스가 파일에 접근할 때 사용
    • 파일제어 블록(File Control Block)이라고도 한다.
    • 필요한 파일 관리 정보를 포함한다.
    • 보조기억장치에 저장되어 있으며, 파일이 열리면 주기억장치로 이동된다.
    • 각 파일마다 독립적으로 존재하며, 시스템에 따라 구조가 다를 수 있다.
    • 사용자가 직접 참조할 수 없다.
• POSIX(Portable Operating System Interface)
  • 인식 가능한 운영체제 인터페이스
• MacOS
  • 애플이 개발한 유닉스 기반의 운영체제
  • macOS는 애플의 다른 운영체제인 iOs, tvOS, watchOS와 상당 부분의 코드베이스를 공유한다.
  • macOS는 SwiftUI, Cocoa, Core Foundation 등의 시스템 API를 제공한다
  • macOS는 라이선스상 애플 하드웨어에서만 공식적으로 구동될수 있다.

운영체제별 파일 시스템

1) 파일 시스템의 개념

• 파일 시스템의 개념
  • 컴퓨터 시스템에서 데이터를 저장하고 검색하는 방법을 정의하는 데 사용되는 구조와 규칙의 집합이다.

• 파일 시스템의 역활

역할	설명
데이터 저장 구조화	● 데이터를 파일과 디렉토리로 조직화한다. ● 이를 통해 사용자와 운영체제가 데이터를 쉽게 관리하고 접근할 수 있도록 한다.
데이터 관리	●  파일 생성, 삭제,읽기, 쓰기 등의 기본적인 파일 관리 기능을 제공한다. ●  파일의 메타데이터(예: 파일 크기, 생성일, 수정일 등)를 관리한다.
보안 및 접근 제어	● 사용자 권한 및 접근 권한을 설정하여 파일과 디렉토리에 대한 보안을 관리한다.
데이터 무결성 및 복구	● 데이터의 정확성을 유지하고, 시스템 오류나 손상이 발생했을 때 데이터를 복구하는 기능을 제공한다.

 

2) 운영체제별 파일 시스템

• Windows

종류	설명
NTFS (New  Technology File System)	● 대용량 드라이브와 큰 파일 지원 ● 파일 암호화 및 보안 기능 제공 ● 저널링 기능으로 시스템 충돌 후 복구 지원
FAT32 (File Allocation Table32)	● 단순한 구조로 넓은 호환성 제공 ● 4GB 이상의 큰 파일은 지원하지 않음 ● 구형 시스템 및 휴대용 드라이브에서 주로 사용

• macOS

종류	설명
APFS	● 최적화된 저장 공간 관리 ● 강력한 암호화 및 보안 기능 ● 스냅샷 및 클론 기능으로 데이터 관리 효율성 증가
HFS32+	●  macOS 이전 버전에서 널리 사용됨

• Linux

종류	설명
Ext4	● 대용량 파일 및 시스템 지원 ● 저널링 기능으로 데이터 손실 방지 ● 파일 시스템 체크 및 복구속도 개선
Brfs	● 스냅샷 및 데이터 복제 기능 ● 동적 볼륨 관리 및 온라인 파일 시스템 조정 지원 ● 고급 데이터 보호 및 복구 기능

• UNIX

종류	설명
UFS	●  전통적인 UNIX 시스템 파일 시스템