운영체제(Operating System)란?
운영체제(Operating System, OS)는 컴퓨터의 하드웨어와 소프트웨어 자원을 효율적으로 관리하고 조정하여 사용자와 응용 프로그램이 컴퓨터 시스템을 편리하고 효과적으로 사용할 수 있도록 하는 핵심 소프트웨어이다. 본질적으로, 운영체제는 컴퓨터의 모든 하드웨어와 소프트웨어 간의 상호 작용을 조율하는 "실행 관리자" 역할을 수행한다.
운영체제 없이는 각 응용 프로그램이 하드웨어 자원을 직접 관리해야 하므로, 프로그래밍이 매우 복잡해지고, 자원 관리의 효율성이 크게 떨어질 뿐 아니라, 시스템의 안정성과 보안이 심각하게 위협받을 수 있다. 운영체제는 이러한 문제를 해결하기 위해 개발되었으며, 하드웨어를 직접 제어하고 관리하는 복잡한 작업을 추상화하여, 개발자와 최종 사용자 모두에게 친숙한 인터페이스를 제공한다.
운영체제의 기능
- 프로세스 관리: OS는 동시에 실행되는 여러 프로세스를 효율적으로 관리한다. 이를 통해 프로세스 생성, 스케줄링, 동기화, 교착 상태 처리 등의 작업을 수행하여 시스템 성능을 최적화한다.
- 파일 관리: 파일 생성, 수정, 삭제 및 조작을 포함하여 파일 시스템을 통한 데이터 관리를 담당한다. 이는 파일에 대한 접근 권한 관리, 디렉토리 서비스, 백업 기능을 포함한다.
- 네트워크 관리: 네트워크 통신을 통한 데이터 교환과 네트워크 리소스의 효율적 사용을 지원한다. 이에는 네트워크 설정, 오류 분석, 프로비저닝, 품질 관리 등이 포함된다.
- 메인 메모리 관리: OS는 프로그램의 실행을 위해 메모리를 할당하고 회수하는 메모리 관리 기능을 수행한다. 이 과정에서 메모리 추적, 가상 메모리 관리, 페이징 및 세그먼테이션 기법 등을 사용한다.
- 보조 스토리지 관리: 하드 디스크, SSD 등의 보조 저장 장치 관리를 담당한다. 스토리지 할당, 여유 공간 관리, 디스크 스케줄링 등을 포함하여 데이터의 영구 저장을 관리한다.
- 입출력 장치 관리: 키보드, 마우스, 프린터 등의 입출력 장치와의 통신을 관리한다. 버퍼링, 캐싱, 장치 드라이버 제공 등을 통해 입출력 작업의 효율성을 높인다.
- 보안 관리: 시스템의 보안과 안정성을 유지하기 위한 기능을 제공한다. 사용자 인증, 접근 제어, 암호화, 시스템 보호 및 오류로 인한 손상 방지 등의 작업을 수행한다.
- 명령어 해석 시스템: 사용자 명령을 해석하고 실행하는 인터페이스를 제공한다. 쉘, 커맨드 인터프리터 등을 포함하여 사용자와 시스템 간의 상호작용을 가능하게 한다.
운영체제의 종류
운영체제 중에 가장 많이 사용하는 소프트웨어로는 윈도우, 맥 OS(macOS), 우분투(Ubuntu) 등이 있다.
윈도우는 마이크로소프트에서 만들었으며 인지도가 가장 높은 OS이다. 윈도우는 다양한 하드웨어를 지원하고 인터페이스 또한 사용자 친화적이다. 또한 윈도우는 오랫동안 OS시장을 지배했기 때문에 호환되는 응용 프로그램 수가 상당히 많다.
그러나 윈도우는 다른 OS에 비해 높은 RAM과 저장공간을 요구한다. 또한 다른 OS에 비해 상당히 비싸다. 윈도우에는 기본적으로 리눅스 커널이 내장되어 있지 않아서 UNIX-LIKE 프로그램을 설치하지 못하는 경우가 있다.
또 다른 OS로는 맥OS(macOS)가 있다. 맥OS는 Apple에서 나오는 Mac 하드웨어 전용으로 나오는 소프트웨어로 유저 인터페이스(UI)적으로 가장 뛰어나다는 평가를 받고 있다. 또한 macOS는 UNIX의 특징을 가지고 있기 때문에 커널 또한 자유롭다.
💡여기서 "macOS는 UNIX의 특징을 가지고 있기 때문에 커널 또한 자유롭다." 는 뜻은 macOS가 UNIX의 강력하고 유연한 커널 기능을 활용하여, 개발자들이 시스템 수준에서 다양하고 복잡한 작업을 수행할 수 있게 한다는 의미이다.
그러나 맥OS는 Apple 하드웨어 기기에서만 돌아가는 독자적인 OS다 보니 다른 기기에서는 사용할 수 없다. NVIDIA 그래픽카드를 사용해야 하는 딥러닝과 같은 작업에는 적합하지 않다.
마지막으로 우분투는 Canonical에서 만든 Debian 기반의 OS이다. 우분투는 유니티 환경 지원으로 데스크톱 용도로 사용할 수 있으며 오픈소스 OS이기 때문에 무료로 사용할 수 있다. 또한 리눅스와 다르게 전용 GUI 지원을 하기 때문에 초심자가 사용하기 편하다.
그러나 우분투는 한글을 지원하지 않기 때문에 따로 설치를 해야 하며 엑셀이나 한글, 카카오톡과 같은 프로그램은 동작하지 않는다.
운영체제의 목적
운영체제의 목적은 컴퓨터 시스템의 자원을 효율적으로 관리하고 사용자에게 편리한 인터페이스를 제공하여, 컴퓨터의 성능을 최적화하고, 시스템의 신뢰성과 사용 가능성을 높이는 데 있다. 응답시간, 처리능력, 사용 가능도, 신뢰도는 이 목적을 달성하기 위한 핵심 지표이다. 이러한 지표들은 운영체제의 성능을 평가하고, 사용자 요구를 충족시키는 운영체제의 능력을 측정하는 데 사용된다.
- 응답시간: 사용자나 작업이 시스템에 요청을 한 후, 그 결과를 얻기까지 걸리는 시간. 낮은 응답시간일수록 시스템 효율이 높다.
- 처리능력: 시스템이 단위 시간당 처리할 수 있는 작업의 양. 높은 처리능력은 시스템의 생산성을 의미하며, 운영체제의 자원 관리 능력을 반영한다.
- 사용 가능도: 시스템이 사용자의 요구를 충족시킬 준비가 되어 있고, 접근할 수 있는 정도.
- 신뢰도: 시스템이 주어진 문제를 정확하게 처리할 수 있는 능력. 신뢰도가 높은 시스템은 오류에 강하고, 데이터 손실이나 시스템 다운의 위험이 낮다.
운영체제의 유형
- 일괄 처리 시스템(Batch Processing System): 유사한 작업들을 일정량 또는 일정 시간 묶어서 처리하는 방식이다. 이 방식은 초기 컴퓨팅 환경에서 많이 사용되었으며, 컴퓨터 자원의 효율적 사용을 가능하게 하지만, 하나의 작업이 자원을 독점할 수 있어 CPU 유휴 시간이 줄어드는 단점이 있다.
- 다중 프로그래밍 시스템(Multi-programming System): 하나의 CPU를 사용하여 여러 프로그램을 동시에 처리할 수 있는 방식이다. 이 시스템은 CPU 사용률과 처리량을 증가시키며, 프로그램 간에 CPU와 메모리 자원을 효율적으로 분배한다.
- 시분할 시스템(Time-sharing System): 시간을 여러 사용자 또는 작업 간에 분할하여 컴퓨터 자원을 번갈아 가며 할당한다. 이 방식은 각 사용자가 컴퓨터 자원을 독점하고 있는 것처럼 느끼게 하며, 대화형 컴퓨팅 환경을 제공한다.
- 실시간 시스템(Real-time System): 입력이 주어진 즉시 처리하여 결과를 반환하는 시스템이다. 이 유형의 시스템은 시간 제약이 중요한 작업에 사용되며, 원자로 제어, 미사일 시스템, 반도체 장비 제어 등 고도의 신뢰성과 반응 속도가 요구되는 분야에서 사용된다.
- 다중 처리 시스템(Multi-processing System): 여러 대의 CPU를 사용하여 여러 프로그램을 동시에 처리할 수 있는 방식이다. 이 시스템은 단일 운영체제에 의해 관리되며, 하나 이상의 CPU가 고장 나더라도 시스템 전체의 신뢰성과 안정성을 유지할 수 있다.
- 분산 컴퓨팅(Distributed Computing): 네트워크로 연결된 여러 대의 컴퓨터가 협력하여 복잡한 계산 문제를 해결하는 분산 처리 모델이다. 이 유형의 시스템은 계산 작업을 여러 컴퓨터에 분산시켜 처리 속도를 향상시키고 자원을 효율적으로 사용할 수 있게 한다.
