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DongChanS's blog

수학과 학생의 개발일지

OS 3 - OS Services

Introduce to OS (3)

위 포스트는 udacity의 Introduce to Operating Systems by Geogia Tech 를 참고하였습니다.

추가로 이 곳 을 참고하였습니다.

1. OS Services

운영체제의 구성(서비스)들의 예시를 들어보도록 하겠습니다.

운영체제의 각 기능들은 하드웨어의 component들과 연결되어 있습니다.

ex)

  1. 스케쥴러 -> cpu를 컨트롤하기 위해서 필요한 것.

  2. memory manager -> physical memory에 여러 어플리케이션을 저장하기 위함.

    여러 어플리케이션은 overwrited되지 않음.

  3. block device driver -> 블록 디바이스(디스크)를 작동하기 위한 장치

결론적으로 OS는

위에서 설명한 서비스들과, 어플리케이션을 실행하는 장치, 어플리케이션 개발자를 위한 기능들로 구성되어 있습니다.

그렇기 때문에 운영체제마다 세부적인 Component들은 다를 수 있지만,

추상화시켜야하는 기능들은 전부 가지고 있으며, 윈도우와 리눅스의 System call type들도 이름만 다르지 형식들은 비슷합니다.

2. OS의 종류들

이제부터는 운영체제의 종류(구성되는 방식)들에 대해서 간단히 알아보도록 하겠습니다.

2-1. Monolithic OS

Monolithic OS는 모든 서비스들을 담고 있습니다.

그 서비스들이라 함은…

  • 모든 하드웨어

  • 어플리케이션을 실행하기 위한 모든 장치들

  • 모든 파일 시스템

    EX) Sequencial access에 최적화된 파일 시스템

    Randomize access에 최적화된 파일 시스템

대표적으로 리눅스가 Monolithic OS의 예인데요,

어플리케이션을 제외한 모든 시스템들을 커널이 직접 관리하기 때문에 다른 파일시스템에 접근하는 것이나, 프로세스에게 메세지를 전달하는 행위들을 전부 System call을 통해서 할 수 있습니다.

장점

  1. 모든 필요한 것들이 있음.

  2. 따라서 컴파일하는데 시간이 오래 걸리지 않음.

    (운영 체제의 기능의 거의 모든 것이 단일 메모리 공간에서 행해지고, 동일한 프로세스를 처리할 때 사용되는 문맥 교환이나 프로세스 간 통신 등에 의한 과부하는 상대적으로 적어서, 실질적인 성능 면에서 유리하다는 주장이 있다. 출처 : 위키피디아)

단점

  1. 너무 많은 것들이 있기 때문에 유지보수가 힘듬.
  2. 사이즈가 크기 때문에 그만큼 메모리가 많이 필요함. -> 성능저하 우려

2-2. Modular OS

Modular OS는 이름과 같이 모듈을 통해서 동작되는 운영체제입니다.

기본적으로 OS라면 있어야 할 구성요소와 필요한 시스템 기능들을 모듈을 통해 추가(import)할 수 있습니다.

즉, 필요에 의해서 커스터마이징이 가능하다는 장점이 있습니다.

위에서 말한 모듈이라 하면 두 가지 종류가 있는데,

  1. Interface : OS의 부분으로 작동하기 위해서 임포트된 모듈들

  2. workload : 작업 환경에 따라 동적으로 유저 단계에서 임포트하는 모듈들

    EX)

    데이터베이스 -> 파일시스템을 최적화해서 랜덤하게 접근

    다른 파일시스템 -> 시퀀셜하게 가능

장점

  1. 유지보수가 쉬움 : 모듈단위로 되어있기 때문에 부분적으로 유지보수를 해도 되어서 편합니다.
  2. 작은 코드 베이스, less resource intensive

단점

  1. level of interaction이 필요하다

    그냥 모듈을 임포트하기 위해서 약간의 접근이 필요하다는 뜻인 것 같습니다.

    크게 비용에 영향을 미치는 요소는 아니라고 하네요

  2. 완전히 이질적인 환경에서 구성된 모듈을 불러올 시에 버그가 발생할 수 있음.

2-3. MicroKernel

OS를 작동하기 위해 가장 필수적인 구성들만 있음

  • Address space : 어플리케이션을 실행하기 위한 주소들

  • Thread : 프로세스보다도 작은 실행 흐름의 최소 단위라는데.. 무슨말인지는 잘 모르겠습니다.

    (하나의 프로그램이 동시에 작업을 하기 위해서 만든 실행단위개념이라고 합니다.)

그 외에 다른 어플리케이션(데이터베이스)나, 기존에서 배웠던 OS에 있어야만 할 것 같은 구성요소들(파일시스템, Device driver)들도 유저모드에서 가지고 있습니다.

그렇기 때문에 이런 유저모드에 있는 다양한 기능들을 통제하기 위해서 많은 inter-process interaction이 필요하다고 합니다.

(inter-process interaction : 프로세스간의 상호작용)

장점

  1. 매우 작음 -> 과부하가 거의 일어나지 않음.
  2. 코드를 검증하기가 매우 쉬움(왜..?)

단점

  1. portability is sort of questionable

    • 왜냐하면 밑바탕이 되는 하드웨어에 너무 최적화된 구조이기 때문.

    • 다른 곳에 이식하기가 어렵다.

    • The fact that there may be more one-off versions of a microkernel specialized for dirfferent platforms makes it maybe harder to find common components of software

      -> software complexity

  2. 다른 유저레벨 어플리케이션, 프로세스과의 교류를 많이 요구함

리눅스와 맥 os 구조

그림으로 너무 잘 설명되어있어서 그림을 첨부합니다.

Linux OS

리눅스는 Monolithic OS로써, 각 기능들이 계층적으로 이루어져 있습니다.

1

  • STL : 시스템 콜을 실행하기 위한 라이브러리

  • 유틸리티 프로그램 : 개발자로 하여금 OS와 소통하기 쉽게 만드는 프로그램들

Linux Kernel

2

커널은 여러 기능들이 독립적으로 구성되어 있습니다.

MAC OS

3

Mach : 마이크로커널

  • 메모리 관리
  • 쓰레드
  • 인터프로세스 커뮤니케이션

BSD : BSD 커맨드라인을 통한 UNIX interpretability를 제공함.

드라이버, 커널모듈 : 동적으로 임포트되어서 작동할 수 있음.

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