[OS] 운영체제의 자원관리 기능
목적 :
운영체제가 자원관리를 어떻게 하는지 알아보기 위해서
[운영체제란?]
운영체제는 컴퓨터 내의 하드웨어와 사용자 및 다른 모든 소프트웨어를 관리시켜주는
하드웨어 바로 윗단에 설치되어 있는 소프트웨어입니다.
ex) Windows, Max OS, Linux, Unix, Android, IOS 등
[운영체제의 자원 관리기능]
운영체제의 가장 핵심적인 기능은 자원을 효율적으로 관리하는 것입니다.
여기서 말하는 자원이란 2가지로 구분됩니다.
- HW 자원 (OS의 아랫단 CPU/Memory/주변장치 or 입출력 장치)
- SW 자원 (OS의 윗단)
(예전에는 하나의 운영체제가 하나의 프로그램밖에 관리를 못했다고 합니다..
근데 요즘에는 하나의 운영체제가 여러개의 프로그램을 관리할 수 있기 때문에..)
[운영체제의 CPU 관리]
CPU의 경우 컴퓨터 한 대에 한개가 장착되기 때문에 여러 프로세스가 CPU를 효율적으로 나누어서
사용해야 합니다. 운영체제는 CPU 스케줄링을 통해서 매 시점 프로세스에 CPU를 할당하여 작업을
처리할 것인지 결정합니다.
대표적으로는 선입선출, 라운드 로빈, 우선순위 기법이 있습니다.
1.선입선출 스케줄링(First In First Out Scheduling)
선입선출 스케줄링은 먼저 온 프로세스를 먼저 처리해 주는 방식입니다.
⚠️ 만약에 처음에 작업 시간이 긴 프로세스가 오면 나머지는 그 프로세스가 끝날 때 까지 기다려야 하므로
어느정도 비효율은 감안해야 합니다.
(실제로 queue자료구조가 cpu관리에 활용된다고 하네요!)
[자료구조] 큐(Queue)에 대해서 알아보자
주요 특징 1. FIFO(First-in, First-out) 더운 여름날 아마X빈에서 버블티를 사서 먹는 상상을 해보자. 빨대로 빨려 들어오는 타피오카 펄을 먹으며 우리는 큐를 생각해 낼 수 있다. 그것은 바로 선입선
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2. 라운드 로빈 스케줄링(Round Robin Scheduiling)
라운드 로빈 스케줄링은 시분할 시스템을 위해 설계된 스케쥴링의 하나입니다.
(하나의 CPU는 같은 시점에서 여러 개의 작업을 동시에 수행할 수없기 때문에 CPU의 전체 사용량을 작은
작업시간 단위로 쪼개어 그 사간량 동안만 번갈아가면서 CPU를 할당하여 작업을 처리합니다..
이를 통해 실제로는 여러명의 사용자가 하나의 컴퓨터를 공유하여 사용하지만 각 사용자에게
자신만이 컴퓨터를 사용하고 있는 환상을 준다고 합니다)
프로세스들 사이에 우선순위를 두지 않고, 순서대로 즉 시간단위로 공평하게 CPU를 할당하는 방식입니다.
⚠️ 여기서 한번 할당된 CPU는 대기열의 제일 뒤로 가서 대기하게 되기때문에, 라운드 로빈방식에서는 시간단위를 어떻게 정할지가 가장 고려해야될 사항입니다.
3. 우선순위 스케줄링(Priority Scheduiling)
우선순위 스케줄링은 대기중인 프로세스들에게 우선순위를 부여하고 우선순위에 따라 높은 우선순위 먼저
CPU에 할당하는 방법입니다.
⚠️ 이런 경우엔 우선순위가 낮은 프로세스는 CPU를 할당 받을 수 없으니,
기다린 시간이 늘어날 수록 우선순위를 높이는 방법도 생각해야 합니다.
(실제로 heap자료구조가 cpu관리에 활용된다고 하네요!)
[16강] 우선순위 큐(Priority Queues)
큐가 FIFO(First-In-First-Out) 방식을 따르지 않고 원소들의 우선순위에 따라 큐에서 빠져나오는 방식대표적인 응용 예로는 운영체제에서 CPU 스케줄러를 구현할 때 현재 실행할 수 있는 작업들 중 가
velog.io
[운영체제의 Memory관리]
여러프로그램이 동시에 실행이 되려면 각 프로그램이 메모리공간을 조금씩 가지고 있어야 합니다.
메모리가 많이 필요한 프로그램이 있을 것이고 적게 필요한 프로그램이 있을것이고..
프로그램이 너무 많이 실행되면 메모리 분배 문제가 날수도 있을 것 같습니다.
이런 것 또한 관리해 주는 것이 운영체제의 역할인데 운영체제는 이 문제를 어떻게 효율적으로
관리할까요?
1. 고정분할 방식
운영체제는 물리적 메모리를 몇 개의 분할(N개)로 미리 나누어 관리합니다.
⚠️이 방식은 동시 적재되는 최대 프로그램의 수가 분할 개수(N개)로 한정되기 때문에 가변방식에 비해
융통성이 없습니다. 또한, 분할 크기보다 큰 프로그램은 적재가 불가능하기 때문에 여러가지 문제점이 발생하고, 분할 크기보다 작거나 큰 프로그램이 적재되면, 남는 영역인 내부조각과 맞는 메모리공간이 없어 외부조각 발생하게 됩니다.
내부조각 : 프로그램이 할당 되었지만 사용되지 않는 메모리영역
외부조각 : 맞는 메모리공간이 없어 할당되지 않는 프로세스
2. 가변분할 방식
운영체제는 매 시점 프로그램의 크기에 맞게 메모리를 반할해서 사용하는 방식을 말합니다.
분할이 프로세스보다 크기 때문에 큰 프로그램의 실행이 제한되는 문제는 발생하지 않지만,
⚠️ 물리적 메모리보다 큰 프로그램의 실행은 여전히 불가능합니다. 또한, 분할의 크기와 개수가 동적으로 변하기 때문에 기술적 관리 기법이 필요합니다. 내부 조각은 발생하진 않지만, 메모리에 존재하는 프로그램이 종료되고 다른 프로세스가 들어갈 때 종료된 프로세스에서 사용된 메모리 공간이 충분하지 않을 경우 외부 조각이 발생하게 됩니다.
3. 가상 메모리 방식 (Virtual Memory System)
(애플리케이션을 실행하는 데 얼마나 많은 메모리가 필요한지에 집중하지 않고, 대신 애플리케이션을 실행하는 데 최소한 얼마만큼의 메모리가 필요한가에 집중하여 문제를 해결하고자 했다네요..)
운영체제는 물리적 메모리보다 더 큰 프로그램이 실행되는 것을 지원합니다.
모든 프로그램은 물리적 메모리와는 독립적으로 자신만의 가상 메모리 주소를 갖게되고, 운영체제는
이 가상메모리의 주소를 물리적 주소로 매핑하는 기술을 이용해 주소로 변환시킨 후 프로그램을
물리적 메모리에 올리게됩니다. 프로그램의 전체 크기가 물리적 메모리보다 크더라도 현재 사용되고 있는
부분만 메모리에 올리고, 나머지는 Hard-Disk 같은 보조 기억장치에 저장해두었다가 필요할 때 적재하는 방식을 취합니다. 보조기억 장치의 영역을 스왑 영역이라고 부르며, 가상메모리 주소 공간의 페이지라는 동일한 크기의 작은 단위로 나뉘어 스왑 영역에 저장됩니다. 이렇게 동일한 단위로 메모리를 나누는 기법을
페이징 기법이라고 합니다.
디스크 관리와 입출력장치 관리는 또 나중에 배운다고 하니
운영체제의 CPU,MEMORY관리방법을 끝으로 마무리 하겠습니다.
출처: http://kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1046323
강의: 이화여자대학교, 반효경(운영체제)