운영체제

 

운영체제 

- 컴퓨터와 사용자 사이에서 시스템을 효율적으로 운영할 수 있도록 인터페이스 역할 

- 프로세스 관리, 메모리 관리, 기억장치 관리, 파일 관리, 입출력 관리, 리소스 관리 등

 

링커(Linker)

- 루틴을 모아 실행 가능한 하나의 루틴으로 연결하는 기능

- 연결 기능만 수행

 

로더(Loader)

- 할당, 연결, 재비치, 적재

- 컴퓨터 내부로 정보를 들여오기

- 주기억장치에 적재하기

 

 

프로세스 상태 

• new : 프로세스 생성 상태
• ready : 프로세스 할당 대기 상태
• running : 프로세스의 명령어를 실행 중인 상태
• waiting : 프로세스가 어떠한 이벤트가 일어나는 것을 기다리는 상태
• terminated : 프로세스가 종료된 상태

 

Admitted [생성 -> 준비] : 준비 큐가 비어있을 때 작업 스케줄러에 의해 실행

Dispatch [준비 -> 실행] : 스케줄러에 의해 준비 큐 맨 앞에 있는 프로세스에게 CPU를 할당

Blocked [실행 -> 대기] : CPU를 할당받은 프로세스가 입출력 작업등으로 인해 명령을 실행할 수 없는 상태

Wake up [대기 -> 준비] : block상태의 프로세스가 입출력 작업이 끝나면 대기 상태에서 준비 상태가 됨

Interrupt [실행 -> 준비] : Timer run out, CPU를 점유 중인 프로세스가 할당된 시간을 모두 사용하여 타임 아웃되거나,

CPU 스케줄링 정책에 따라 우선순위가 높은 프로세스로 CPU 디스 패치된 상태

Exit [실행 -> 종료] : 프로세스가 CPU를 할당받아 작업을 모두 수행한 상태

 

 

 

CPU 스케줄링 

CPU 스케줄링은 언제 어떤 프로세스에 CPU를 할당할지 결정하는 작업

CPU 이용률을 극대화하기 위함

 

비선점형 스케줄링 : 프로세스가 CPU를 점유하고 있다면 이를 뺐을 수 없는 방식

선점형 스케줄링 : 프로세스가 CPU를 할당받아 실행 중이더라도 운영체제가 이를 강제로 뺐을 수 있는 방식

 

CPU 성능 평가 기준 

CPU 사용률 (CPU Utilization)	CPU 활용 정도를 나타내는 비율
처리율 (Throughput)	단위 시간당 완료되는 프로세스의 수
반환 시간 (Turnaround Time)	프로세스가 생성되어 작업을 마치고 종료될 때까지의 걸리는 시간
대기 시간 (Waiting Time)	프로세스가 생성되어 작업을 마치고 종료될 때까지 큐에서 기다리는 시간
반응 시간 (Response Time)	대화형 시스템에서 임의 요구(예: 키보드 입력)에 대하여 시스템이 반응을 시작하는 데까지 걸리는 시간

 

CPU 스케줄링 알고리즘

비선점	FCFS	먼저 들어온 프로세스 먼저 처리
	SJF	처리시간이 짧은 프로세스부터 처리
	HRN	짧은 작업시간이면서 대기시간이 긴 프로세스부터 처리
선점	RR	먼저 들어온 순서대로 일정 시간만큼만 처리
	SRT	남은 시간이 짧은 프로세스부터 처리
	MLQ	우선순위별로 큐를 분리하여 다양한 스케줄링 적용

 

FCFS(First-Come-First-Served)

우선순위, 실행시간 등의 다른 요소는 전혀 고려하지 않고 무조건 먼저 준비되면 먼저 실행시켜준다.

 

SJF(Shortest Job Fisrt)

준비상태에 대기 중인 작업 중 CPU 사용시간이 가장 적은 프로세스부터 처리하는 기법입니다.

 

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HRN(Highest Response ratio Next) 

응답 비율(response ratio)을 이용하여 프로세스의 우선순위를 계산

응답 비율 = (대기 시간 + 서비스 시간) / 서비스 시간

 

RR(Round Robin)

프로세스에게 각각 동일한 CPU 할당 시간을 부여해서 그 시간 동안만 CPU를 이용하게 한다.

CPU를 독점하지 않고 공평하게 이용

 

 

SRT(Shortest Remaining Time) 
최단 잔여시간을 우선으로 하는 스케줄링

 

 

MLQ(Multi-Level Queue)

다단계 큐

항상 가장 높은 우선순위 큐의 프로세스에 CPU를 할당 

(우선순위가 낮은 큐에서 작업 실행 중이더라도 상위 단계의 큐에 프로세스가 도착하면 CPU를 빼앗는 선점형 스케줄링)

 

 

 

데드락(Deadlock, 교착 상태)

시스템 자원에 대한 요구가 뒤엉킨 상태

두 개 이상의 프로세스가 자원을 점유한 상태에서 서로 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 요구하며,

서로의 작업을 끝나기만을 기다리며 둘 다 영원히 끝나지 않는 상황

 

교착상태의 발생 조건 4가지

교착상태는 아래의 4가지 조건이 모두 만족되는 경우(필요충분조건)에 발생할 가능성이 있으며,
하나라도 만족하지 않으면 교착상태가 발생하지 않습니다.

 

1. 상호 배제(Mutual Exclusion)

한 번에 한 개의 프로세스만이 공유자원을 사용할 수 있음

2. 점유 대기(Hold and Wait)

프로세스가 할당된 자원을 가진 상태에서 다른 자원을 기다림

3. 비선점(No Preemption)

프로세스가 작업을 마친 후 자원을 자발적으로 반환할 때까지 기다림
(이미 할당된 자원을 강제적으로 빼앗을 수 없음)

4. 순환 대기(Circular Wait)

프로세스의 자원 점유 및 점유된 자원의 요구 관계가 원형을 이루면서 대기하는 조건.
각 프로세스는 순환적으로 다음 프로세스가 요구하는 자원을 가지고 있음