운영체제 총정리

제어프로그램 (control program)
감시 제어 프로그램 supervisor program	처리 프로그램의 실행과정, 컴퓨터 시스템 전체의 동작 상태를 감시하는 기능
작업 관리 프로그램 job management program	하나의 업무를 처리하고 다른 업무로 자동적으로 이행하기 위한 준비 및 후속 처리 담당 기능
데이터 관리 프로그램 data management program	각종 파일과 데이터를 표준적인 방법으로 처리할 수 있도록 관리하는 기능

 

처리프로그램 (process program)
언어 번역 프로그램 language translator program	사용자가 고급언어로 작성한 프로그램을 기계어로 변환해주는 기능 (어셈블러, 컴파일러, 인터프리터)
서비스 프로그램 service program	프로그램 작성자의 편리성을 주기위해 프로그램제작사에서 제공해주는 프로그램 (연결 편집 프로그램, 정렬/병합 프로그램, 유틸리티 프로그램)
데이터 관리 프로그램 user problem program	사용자가 작성한 문제 해결 프로그램  (응용프로그램)

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운영체제 4대 관리 운영체제의 가장 중요한 역할은 "자원관리(resource management)"이다. 관리하는 자원관리의 종류에는
프로세스 관리	중앙처리장치 (CPU) <제어장치/연산장치>
	-교착상태 방지 기법 제공
기억장치 관리	주기억장치 및 보조기억장치
	- 기억 공간 할당, 회수 기능 제공
입출력(주변) 장치 관리	키보드, 마우스, 모니터, 프린터 및 주변 장치 등
정보(파일) 관리	프로그램 파일, 데이터베이스, 기타 등등

5대 상태 (five-state
1) 제시 상태(submit status)
2) 보류 상태(holding/pending status)
3) 준비 상태(ready status)
4) 실행 상태(execution/running status)
5) 대기 상태(blocked/wait status)
6) 완료 상태(terminated status)

디스패치 dispatch

할당시간 종료 timer runout

입출력발생

깨움 wake-up

운영체제의 목표 :: 생산성 향상
시스템 측면 (시스템 성능의 최적화)	사용자 측면 (사용자 편리성의 최적화)
처리량 증대 (처리능력 최적화) 응답 시간 단축 사용 가능도 증대 시스템 신뢰도 향상 제한된 시스템의 효율적 통제 및 관리	프로그램 작성자의 편리성을 주기위해 프로그램제작사에서 제공해주는 프로그램 (연결 편집 프로그램, 정렬/병합 프로그램, 유틸리티 프로그램)

 

운영체제의 성능평가요소
처리율 (throughput) =처리능력
반환시간 (turnaround time)
응답시간 (response time)
사용 가능도 (availability)
신뢰도 (reliability)

운영체제의 기본기능
초기설정기능 (boostrapping)	=초기화
효율적인 자원관리 기능
외부 인터페이스 기능 (external interface)
네트워크 인터페이스 기능 (network interface)
신뢰성 기능 (reliability)	= 오류, 보호
이식성 기능 (portability)

 

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1.입출력 제어 프로그래밍의 기본 기능 및 중요 기능에 대해 설명하시오.

장치와의 독립성 유지
입출력 시 오류 처리
입출력시 동기와 비동기 전송
입출력시 장치의 공유와 전송

3. 직접 입출력 방식과 간접 입출력 방식의 차이점에 대하여 설명하시오.

 

직접 : cpu가 프로그램 수행 중 입출력 명령을 만나면 직접 나서서 입출력을 수행하는 방법이다.

간접 : cpu가 직접 입출력을 담당하지 않고 전용 입출력 프로세서를 사용하는 방식이다.

5. 채널의 필요성 및 입출력 채널의 기능에 대하여 설명하시오.

 입출력장치와 주기억장치 사이에서 데이터를 전송하는 입출력 전용 처리기로써 입출력장치와 주기억장치 간의 속도 차이를 해결하는 역할을 담당한다.

입출력 명령을 해독하고 각각의 입출력 장치에 입출력 명령을 지시하며 지시된 입출력 명령의 실행을 담당한다 .

7. 환형 버퍼링의 설명 및 장단점에 대하여 설명해 보시오.
환형 큐를 이용하여 여러 개의 버퍼를 원형으로 구성하는 입출력 방식으로 cpu와 채널은 동시에 자신의 잏을 독립적으로 수행한다.

버퍼의 수가 많아지면 기억장치의 낭비가 되고
버퍼의 수가 적으면 대기하는 프로세스의 수가 많아진다

 

9. 인터럽트의 발생 원인에 대해서 설명하시오.

 정상적인 프로그램을 수행하는 컴퓨터 시스템에 예기치 않은 상황이 생길 경우 인터럽트가 발생한다.

11. 인터럽트 종류 설명 및 인터럽트 처리 우선순위를 기술해 보시오.
인터럽트의 종류에는
입출력 인터럽트
외부 인터럽트
슈퍼바이저 호출 인터럽트
프로그램 검사 인터럽트
기계 검사 인터럽트
재시작 인터럽트가 있다.

전원이상 인터럽트
기계착오 인터럽트
외부 신호 인터럽트
I/O 인터럽트 (내부 인터럽트)
명령어 잘못 사용 인터럽트
명령 실행 결과 이상 인터럽트
감독다 호출 인터럽트 순이다.

 

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1. 운영체제란 무엇인가?

시스템 자원을 효율적으로 사용할 수 있게 한다.

사용자와 하드웨어 간의 인터페이스 기능을 하는

시스템 프로그램으로 정의할 수 있다.

 

3. 제어 프로그램과 시스템 소프트웨어의 차이점을 설명하시오.

제어프로그램은 운영체제의 중심을 이루는 프로그램이며 시스템 작업, 자원 관리를 제어한다.

시스템 프로그램은 각종 응용 프로그램에 공통하는 문제 해결 및 프로그래밍 환경을 지원한다.

 

5. 운영체제의 4대관리를 그림을 그려서 자세히 논하시오. ★★★

1)프로세스관리

2)기억장치관리

3)입출력장치관리

4)정보관리

 

7.운영체제의 주요 목표에 대하여 설명하시오. ★★★

주요 목표에는 1. 시스템 성능 극대화 2.사용자 편의성 최대화가 있다.

처리율 증대, 응답시간 단축, 반환시간 단축, 사용가능도 향상의 목표가 있으며

사용자에게 편리성을 제공한다.

 

9. 운영체제의 기본 기능에 대하여 설명하시오. ★★★

6가지 

초기설정기능

효율적인 자원관리기능

외부 인터페이스 기능

네트워크 인터페이스 기능

신뢰성기능 

이식성기능

 

11. 계층 구조 관점에서의 운영체제 기능을 그림을 그리고, 설명해보시오.★★

계층 1 ~ 게층 5가 있다.

 

계층 1 하위 프로세스 관리

계층 2 기억장치 관리  

계층 3 상위 프로세스 관리

계층 4 주변장치 관리

계층 5 파일 및 데이터 관리

 

 

13. 초기 운영체제 시스템의 특징에 대하여 설명하시오.

운영체제가 없었으며 기계어를 사용했고 모든 작업은 수동으로 진행했다.

 

 

15. 상주 모니터 시스템 설명 및 장단점에 대하여 설명하시오.

 

 

17. on-line 방식과 off-line 방식의 특징에 대하여 설명해 보시오.

 

19. 다중 프로그래밍/ 다중 처리 시스템의 설명 및 장단점에 대하여 설명하시오.★★★

다중 프로그래밍은 하나의 CPU로 여러개의 사용자 프로그램이 동시에 실행되는 것처럼 처리하는 방식이다. 

다중 처리 시스템은 하나의 시스템에 여러개의 CPU가 존재하여 다중 작업이 가능하도록 한다.

 

21. 분산 처리 시스템 설명 및 특징에 대하여 설명하시오. ★★

하나의 대형컴에서 수행하던 기능을 여러개의 미니컴퓨터에 분담시켜 통신망을 통해 상호 교신하며 처리한다.

분산,연산속도,신뢰성이 높아지며 컴퓨터 자원을 효율적으로 이용가능하다.

 

23. 운영체제의 세대별 발달 과정에서 제2세대 및 제 3세대 운영체제 기술의 특징에 대하여 설명해보시오

다중프로그래밍/ 다중처리 , 시분할 시스템

다중모드시스템, 일괄시분할실시간처리/ UNIX등장 , JCL 복잡화

 

25. 운영체제 종류 중 Unix & Linux 운영체제의 특징을 설명하시오.

다중사용자 다중 작업용에 강력하다. 서버급 이상의 운영체제로 널리 사용된다.

유닉스와 완벽 호환이 되며 공개 운영체제이다. 보안 문제점 발생시 보상을 받을 수 없다.

 

 

27. 운영체제 종류 중 매킨토시 & MAC OS의 특징에 대하여 설명하시오.

애플사의 운영체제로 그래픽과 디자인 분야에 뛰어난 성능을 보여준다.

 

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1. DMA(★) : 직접 메모리 접근 방식으로 주변장치들이 메모리에 직접 접근하여 읽거나 쓸 수 있는 기능이다.
2. 버퍼링 : 입출 - cpu 속도차 주기억장치의 버퍼를 이용한다.
3. 스풀링 : 입출 - cpu 용량크고 빠른 엑세스 가능한 디스크의 일부를 스풀공간이라 부르는 매우 큰 버퍼처럼 사용하는 방식이다.
4. 인터럽트 :  입출력 하드웨어 등의 장치나 예외상황이 발생하여 처리가 필요한 경우에 운영체제에 의해 적절한 조치를 취함.
5. 프로세스 :  컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램을 말한다. 프로세스란 컴퓨터 내에서 실행중인 프로그램을 일컫는 용어이며,
6. 처리율 : 프로세스 처리하는...  
7. 응답시간 (Response time) : A작업이 처음 실행되기까지 걸린 시간으로 반응 시간 이라고도 한다.
8. 반환시간(Waiting time) : A작업을 CPU가 실행하지 않은 시간들을 합한 시간
9. 제어 프로그램  시스템 작동감시,순서지정,데이터 관리등의 역할을 수행하는 프로그램 감시 프로그램, 작업 제어프로그램, 자료관리(데이터 관리) 프로그램 램
10. 처리 프로그램 : 제어 프로그램의 지시를 받아 사용자가 요구한 문제를 해결하기 위한 프로그램 언어번역 프로그램, 서비스 프로그램, 문제 프로그 
11. 감시 제어 프로그램 : 처리 프로그램의 실행 과정과 컴퓨터 시스템 전체의 동작 상태를 감시하는 기능
12. 작업 관리 프로그램  : 하나의 업무를 처리하고 다른 업무로 자동적으로 이행하기 위한 준비 및 후속 처리 를 담당하는 기능 (스케줄 및 자원 할당)
13. 데이터 관리 프로그램 : 각종 파일과 데이터를 표준적인 방법으로 처리할 수 있도록 관리하는 기능
14. 언어 번역 프로그램 : 고급언어로 작성한 프로그램을 기계어로 변환해주는 기능
15. 서비스 프로그램 : 프로그램 작성자의 편리성을 주기위해 컴퓨터 메이커 측에서 제공해주는 프로그램
16. 작업 제어 언어 : JCL 운영체제에서 사용되는 스크립트 언어로 일괄 처리 작업을 수행하거나 전체 작업들 사이에서 그들의 시간 및 공간 자원을 분배하여 작업 설명을 기술하는 언어이다.사용자의 의사를 운영체제에게 전할때 사용하는 언어.
17. 일괄 처리 시스템(★) : 비슷한 여러작업을 모아 한번에 처리한다.
18. 상주 모니터 : CPU의 유휴 시간을 감소시키기 위한 방안 항상 주기억장치에 상주하고 있음 작업 제어 카드에 의해 전달하여 지시하는대로 자동작업을 수행하고/ 상주 모니터는 프로그램을 기억장치에 적재하고 제어를 프로그램에 넘긴다. /수행완료시 제어는 모니터로 복귀한다. 
19. 시분할 시스템 :  다중 프로그래밍의 논리적 확장으로 변형된 형태이다. 여러사람이 공동으로 CPU를 사용할 수 있다 . 시분할 운영 체제는 CPU 스케줄링과 다중 프로그래밍을 이용해서 각 사용자들에게 컴퓨터 자원을 시간적으로 분할하여 사용할 수 있게 해 준다.
20. 실시간 처리 시스템:  처리를 요구하는 자료가 발생할때마다 즉시 처리하여 그 결과를 응답하는 방식이다.
21. 분산처리 시스템: 하나의 대형컴에서 수행하던 기능을 여러개의 미니컴퓨터에 분담시켜 처리한다. 

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<1>프로세서 관리:

1. 정의와 종류: 사용자 및 시스템 프로그램들은 CPU에 의해 수행되며, 이와 같이CPU에 의해 수행되는 프로그램을 프로세스(process)라고 함
운영체제 프로세스
사용자 프로세스
병행 프로세스

 

2. 프로세스의 상태 변환: //그림그리는 것

-제출 상태(submit state): 사용자에 의해 작업이 시스템에 제출되어 있는 상태

-보류 상태(holding &pending state): 작업이 제출되어 스풀러에 의해 스풀러 공간인 디스크에 수록되어 있는 상태

-준비 상태(ready state): CPU가 사용 가능한 상태 즉 CPU를 할당 받을 수 있는 상태로서 CPU가 프로세스 자신을 처리해 주기를 기다리고 있는 상태

-대기 상태(waiting state): 프로세스가 CPU를 차지하고 실행되다가 입출력 처리와 같은 사건이 발생하게 되면, CPU를 양도하고 입출력 처리가 완료될 때까지 대기 큐에서 대기하고 있는 상태

-실행 상태(running state): 프로세스가 CPU를 차지하고 있는 상태로서 CPU에 의해 프로세스를 수행하고 있는 상태

-완료(종료) 상태(halted & terminated state): 프로세스가 CPU를 할당 받아 주어진 시간 내에 완전히 수행을 종료한 상태

 

 

 

3. 프로세스 제어 블록 PCB: 운영체제에게 프로세스에 대한 중요한 정보를 제공해 주는 자료 구조 테이블

 

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<2> CPU스케줄링

1. CPU스케줄링: 메모리에 올라온 프로세스들 중 어떤 프로세스를 먼저 처리할지 일들의 순서를 정하는 일. CPU는 한 번에 한 가지 작업만 처리할 수 있음. 따라서, 여러 프로그램이 번갈아 수행되도록 스케줄링을 사용한다.

2. CPU스케줄링 목적:

 

 

3. CPU 스케줄링의 성능 기준:

 

 

4. CPU 스케줄링 알고리즘 종류 및 평균 대기시간 계산, 평균반환 시간 계산: // 성능평가

-FCFS스케줄링

가장 간단한 비선점 스케줄링 알고리즘 방법으로써 FIFO(First In First Out) 스케줄링 알고리즘이라고도 한다.

–프로세스가 준비 큐에 도착한 순서에 따라 CPU를 할당 받는다.

 

 

-RR스케줄링

 

 

- SJF 스케줄링

-준비 큐에서 대기하고 있는 프로세스 중에서 수행 시간이 가장 짧다고 판단되는 프로세스를 먼저 수행하는 비선점 스케줄링이다.-대기하고 있는 프로세스의 수를 줄여 주기 위하여 CPU 사용을 짧게 하는 프로세스에게 우선권을 주는 알고리즘이다.

 

 

 

 

-SRT 스케줄링

– SJF 알고리즘을 선점 형태로 수정한 기법- 수행 중인 프로세스의 잔류 시간과 준비 큐에 있는 프로세스의 CPU 요구 시간을 비교한 후 그 시간이 더 작은 프로세스에게 CPU를 우선적으로 할당해 주는 알고리즘이다.

-현재 수행 중인 프로세스를 중단시키고 새로 준비 큐에 들어온 프로세스들 중에서 가장 짧은 시간이 소요되는 프로세스를 먼저 수행시키는 방식이다.

 

 

-HRN 스케줄링

-SJF의 단점을 보완하여 개발된 비선점 방식의 기법이다.

-이 알고리즘은 CPU 버스트가 짧은 작업에게 우선권을 주기 때문에 대기 시간이 긴 작업과 짧은 작업 간의 지나친 불평등을 초래하는 문제점을 어느 정도 보완한 기법이다.

 

 

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<3>스레드(Thread) 

1. 스레드의 정의

-프로세스나 태스크 보다 더 작은 단위

-다중 프로그래밍 시스템에서 CPU에게 보내져 실행되는 프로그램 단위

-프로세스 스케줄링 부담을 줄여 성능을 향상시키기 위한 프로세스의 다른 표현 방식

 

2. 스레드의 개념

-단일 프로세스용 운영체제에서 프로세스를 생성하고 유지하는데 많은 비용을 필요로 하는 문제와 동시 처리 또는 병렬 처리가 불가능한 문제를 개선하기 위한 방법으로 스레드를 기본 단위로 하는 다중 스레딩이란 개념이 도입되었다.

-스레드란 제어의 흐름을 의미하는 것으로 프로세스의 구성을 크게 제어의 흐름 부분과 실행 환경 부분으로 나눌 때 스레드는 프로세스의 실행부분을 담당함으로써 실행의 기본 단위가 된다.

 

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<4> 병행 프로세스

1. 병행 프로세스 정의

- 두 개 또는 그 이상의 관련 있는 프로세스(프로그램)가 동시에 실행되는 것으로 같이

존재하고 있다는 뜻임

- 프로세스들은 서로 관련 없이 독립적으로 수행하는 독립적 병행 프로세서와 상호 관련성을 가지고 비동기적으로 수행하는 협력하여 동시에 수행하는 비동기적인 병행 프로세스로 구분할 수 있음

 

2.병행성

병행 프로세스들이 서로 간에 비동기적(asynchronous): 다른 프로세스들이 어떤 상태에 있는지, 어떤 자원을 가지고 있는지, 어디까지 실행됐는지 등에 대해 모른 체 실행되고 있음을 의미함

 

3. 프로세스간의 상호 문제점

병행 프로세스는 최근 컴퓨터의 중요한 개념으로 다중 프로세스 시스템이나 분산 처리 시스템에서 필수 불가결한 주요 요소임 병행성, 상주모니터, 프로세스간의 상호 문제점

 

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<5> 상호배제

1. 상호배제 임계영역 및 상호배제의 개념 //살짝 중요

상호배제(mutual exclusion)

– 한 프로세스가 공유 자원을 사용하고 있을 때 다른 프로세스들이 사용하지 못하도록 배제시키는 제어 기법(병행성 보장)

– 즉 두 프로세스가 하나의 공유 자원을 번갈아 사용할 수 있게 하고 동시에는 수행하지 못하게 하는 것임

– 프로세스들이 공유 데이터에 대해 서로 접근을 시도하는 상황을 경쟁 상태(race condition)라 하며, 경쟁관계에 있는 프로세스들로 인해 상호배제, 교착상태 (deadlock), 기아(starvation)와 같은 문제가 발생한다

임계구역(critical section)

–공유되는 자원에 대한 처리 내용 중에서 상호배제를 시켜야 하는 일정 부분에 대해서는 어느 하나의 프로세스가 처리하는 동안에 다른

-프로세스들의 접근을 허용하지 말아야 한다. 이 때 상호 배제를 시켜야 하는 일정 부분을 말한다.

 

2. 상호배제 구현 방법

ㆍ 소프트웨어적인 방법

프로그래밍 언어 또는 OS의 지원없이 프로세서간 협력을 통해 직접 상호 배제를 보장해 줌(busy waiting 발생)

• 2개 프로세스간 대표적인 알고리즘: 데커(Dekker) 알고리즘, 피터슨(Peterson) 알고리즘

• 여러 개 프로세스간 기준 대표적인 알고리즘: Lamport의 빵집 알고리즘

ㆍ 하드웨어적인 방법

특별히 설계된 기계어 명령어를 이용하는 방법(Test and Set/Swap)명령어 사용, busy waiting 발생)

세마포어/모니터/메시지 전달(프로세스간 통신) 프로그래밍 언어와 운영체제 수준에서 병행성 제공하는 방법

 

3. 세마포어 // 개념, 용어

• 복잡한 임계 구역의 문제의 어려움을 극복하기 위해 1965년 Dijkstra는세마포어(semaphore)라는 개념을 만들었다.

• 세마포어는 정수형 변수로서 초기화 및 두 개의 연산 P와 V로만 접근 가능한 특수한 변수이다. 세마포어 P와 V의 정의는 다음과 같다.

• P(s) = 기다리는 연산, V(s) = 실행하고 반환하는 연산 담당

• P는 임계 구역에 들어가기 전에 수행, V는 임계 구역에서 나올 때 수행됨

 

 

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<6>교착상태

 

★교착상태의 개념 교착상태

요청한 자원을 다른 프로세스가 점유하고 있고, 점유하고 있는 프로세스도

다른 자원에 대해 대기 상태에 있기 때문에 두 프로세스가 대기 상태에서

벗어날 수 없는 상황을 교착상태라고 한다.

 

★교착상태 발생 조건 //무조건나옴

4가지 조건이 만족 될때 교착상태가 발생한다.

1.상호배제 : 한 번에 한개의 프로세스만 공유 자원을 사용할 수 있는 것 (배타적인 통제권)

2.점유대기: 프로세스가 할당된 자원을 가진 상태에서 다른 자원을 기다린다.

3.비선점 : 다른 프로세스가 사용하고 있는 자원을 타 프로세스가 강제로 선점 할 수 없는 것

4.환형대기: 프로세스와 자원들이 원형을 이루며, 각 프로세스는 자신에게 할당된 자원을 가지면서 상대방의 자원을 상호 요청하는 경우

 

★예방

발생 가능성을 사전에 예방한다. (다 부정하면 됨 ㅇㅇ)

상호배제 조건의 부정 : 공유할 수 없는 자원을 사용할 때만 성립함.

점유와 대기조건의 부정 : 프로세스가 자원 요청 시 다른 자원들을 점유하지않을 것을 보장함.

비선점 조건의 부정 : 어떤 자원에 대한 할당 요구가 받아지지 않으면 점유자원을 반납함.

환형대기 조건의 부정 : 모든 프로세스에게 각 자원의 유형별로 할당 순서를부여하는 방법

 

★회피

: 발생 가능성을 인정하고 적절히 피해 감

사용자가 자원이 어떻게 요청될 지에 대한 추가 정보를 제공하도록 요청함

 

★회복

교착상태에 걸린 해당 자원/프로세스를 제거함

 

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<7> 주기억장치 관리 기법

 

★주기억장치 관리 전략 // 3번 배치/할당 중요

1) 반입(fetch strategy) 전략 :요구/예상 반입

CPU에 의해 실행되기 위해서는 주기억장치로 적재할 프로그램이나 자료를 언제 가져 올 것인가 결정해야 됨

 

2) 배치/할당(placement/alocation) 전략

새로 반입되는 프로그램이나 데이터를 주기억장치의 어디 에 위치시킬

것인지를 결정하는 전략으로 최소 적합(first fit), 후속 적합(next fit). 최적적합(best fit), 최악 적합(worst fit)이 있다.

 

3) 교체/재배치(swaping/replacement) 전략

주기억장치의 모든 영역이 이미 사용 중인 상태에서 새로운 프로그램이나 데이터를 주기억장치에 배치하려고 할 때, 이미 사용되고 있는 영역 중에서 어느 영역을 교체하여 사용할 것인지를 결정하는 전략

 

4) 할당 기법(allocation strategy)

새로이 생성되는 프로세스에 대하여 "주기억장치 공간 할당을 어떻게 할 것인가“를 결정하는 방법

 

★오버레이 기법 //용어

디스크에 프로그램을 유지하고 운영체제에 의해 기억 장치로 교체시키는 방법

프로그램을 몇 개의 조각으로 분할하여 각 단계별로 차례로 적재하여 실행

 

★다중 사용자 기억장치 할당

여러 사용자의 작업들이 동시에 진행되며 주기억장치에는 여러 개의 프로그램들이 함께 올라와서 수행된다.

 

★내부 단편화

하나의 분할에 작업을 할당하고 남은 빈 공백이다.

 

★외부 단편화

대기 중인 작업보다 분할이 너무 적어 분할 전체가 빈 공백으로 있을 때의 상태.

 

★기억장치 배치전략

1.최초 적합 전략

프로그램이 적재될 수 있는 가용 공간 중에서 첫 번째 공백에 할당시키는 방식

2.후속 적합 전략

지난 번 검색이 끝난 곳에서 시작하여 요구하는 크기에 맞는 공백을 찾면 검색을 끝내고 그곳에 할당시키는 방식

3.최적 적합 전략

가용 공간 중에서 가장 작은 것을 선택하는 방식으로 가용 공간들에 대한 목록이 크기 순서대로 정렬되어 있지 않다면 최적인 곳을 찾기 위해 전체를 검색해야 한다.

4.최악 적합 전략

사용 가능한 공간들 중에서 가장 큰 것을 선택하는 방식으로 할당해주고 남는 공간을 크게 하여 다른 프로세스들이 그 공간을 사용할 수 있도록 하는 전략이다.

 

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<8> 가상기억장치 관리 기법

 

★가상 기억장치 정의,

한정된 기억 용량을 가지고 있는 컴퓨터의 기억 장치를 보다 넓게

사용하기 위한 방법으로 프로세스의 전체가 완전히 기억 장치 내에

존재하지 않아도 수행이 가능한 기법.

 

★기억장치 사상

가상 주소와 실제의 물리적 주소 사이의 관계를 만들어 주는 역할은 하드웨어와 운영체제에 의해 수행되며 이러한 작업을 기억 장치 사상 또는 주소 변환이라고 한다.

 

★가상기억장치 구현 기법(페이징 기법, 세그먼트 기법)

페이징 기법:: 페이징(paging)은 가상 기억 장치 내의 프로그램과 데이터를 일정하게 분할한 용량을 주기억장치의 분산된 공간에 적재하여 수행시키는 기법. 프로그램의 크기를 일정한 크기(고정 블록)로 나누어서 할당한다

세그먼트 기법 :: 하나의 작업을 논리적인 크기(segment)의 가변(variable) 길이로 나누어 적재시키는 기법.

 

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<9>가상기억장치 관리 방법 :

 

★가상기억관리 방법,

1.반입전략 : 페이지나 세그먼트가 보조기억 장치에서 주기억장치로 적재될 때 어느 시기를 택할 것인가를 결정하는 전략

2. 배치전략

주기억장치에 적재되어야 할 페이지나 세그먼트를 주기억장치의 어느 곳에 적재할 것인가를 결정하는 정책.

3.교체전략

기존의 주기억장치에 적재되어 있던 페이지를 제거하고 새로운 페이지로 대체시키는 정책

4, 배당 전략

각각의 실행 프로세스에게 얼마만큼 의 주기억 장소를 배당할 것인가를 결정하는 정책

 

★교체 전략 알고리즘,

최적화 교체

무작위 페이지 교체

FIFO

LRU

LFU

NUR

SCR

 

★스래싱의 개념

스래싱의 개념 : 어떤 프로세스가 계속적으로 페이지 부재가 발생하여 프로세스의 실제 처리 시간보다 페이지 교체에 걸리는 시간이 더 많아지는 현상

 

★지역성(국부성) 이론 //서술

지역성 이론 : 프로세스가 실행되는 동안 기억 장치 내의 모든 정보를 균일하게 참조하는 것이 아니라 현재 실행되는 주소 부근에서 국부적인 부분만을 집중적으로 참조한다는 것을 의미

 

★워킹 세트 이론, //용어

프로그램의 지역성을 이용하며, 각 프로세스가 많이 참조하는 페이지들의 집합을 주기억 공간에 계속 상주하게 하여 빈번한 페이지 교체 현상을 줄이고자 하는 개념.

 

★요구 페이징 기법의 정의

모든 프로세스를 주기억장치로 적재하기보다는페이지 요구가 있을 때만 주기억장치에 적재하는 기법

 

 

=========서술형 포인트 ==========

무조건 외우자 !

==============================

 

23.교착 상태의 예방

발생 가능성을 사전에 예방한다. (다 부정하면 됨 ㅇㅇ)

상호배제 조건의 부정 : 공유할 수 없는 자원을 사용할 때만 성립함.

점유와 대기조건의 부정 : 프로세스가 자원 요청 시 다른 자원들을 점유하지않을 것을 보장함.

비선점 조건의 부정 : 어떤 자원에 대한 할당 요구가 받아지지 않으면 점유자원을 반납함.

환형대기 조건의 부정 : 모든 프로세스에게 각 자원의 유형별로 할당 순서를부여하는 방법

 

24 .교착 상태의 회피

: 발생 가능성을 인정하고 적절히 피해 감

사용자가 자원이 어떻게 요청될 지에 대한 추가 정보를 제공하도록 요청함

 

25.교착상태의 회복

교착상태에 걸린 해당 자원/프로세스를 제거함

 

26.기억장치의 계층 구조에 대해 설명하시오.

<사진참고>

 

 

 

 

30. 기억 공간 배치 전략에 대해 설명하시오.

- 최초 적합 전략(first fit strategy):

☞ 최초 적합 전략(first fit strategy)은 프로그램이 적재될 수 있는 가용 공간 중에서 첫 번째 공백에 할당시키는 방식

- 최적 적합 전략(best fit strategy)

☞ 최적 적합 전략(best fit strategy)은 가용 공간 중에서 가장 작은 것을 선택하는 방식으로 가용 공간들에 대한 목록이 크기 순서대로 정렬되어 있지 않다면 최적인 곳을 찾기 위해 전체를 검색해야 한다.

☞ 가장 효율적인 방식이지만 최적의 공간을 찾는데 오랜 시간이 필요하며, 크기순으로 정렬하여야 하므로 복잡하다.

☞ 빈 주소 장소 리스트는 크기순으로 정렬(sorting)되어 있어야 한다.

- 최악 적합 전략(worst fit strategy):

☞ 최악 적합 전략(worst fit strategy)은 사용 가능한 공간들 중에서 가장 큰 것을 선택하는 방식으로 할당해주고 남는 공간을 크게 하여 다른 프로세스들이 그 공간을 사용할 수 있도록 하는 전략이다.

☞ 최적 적합과 마찬가지로 가용 공간들에 대한 목록이 크기 순서대로 정렬되어 있지 않다면 최적인 곳을 찾기 위해 전체를 검색해야 한다.

 

31. 기억 공간의 단편화 해결법에 대해 설명하시오. //단편화 개념, 현상 중요

- 기억 장소 통합:

☞ 기억 장소의 가용 공간을 모아 하나의 큰 가용 공간을 만들어 주는 것을 쓰레기 수집(garbage collection)이라 하며, 인접한 가용 공간을 하나의 큰 연속적인 공백으로 만드는 것을 기억 장소 통합(memory coalescing)이라 한다.

- 기억 장소 압축:

☞ 현재 사용되고 있는 모든 기억 공간을 주기억장치의 한쪽 끝으로 이동시켜, 여러 개의 작은 기억 공간들을 하나의 큰 기억 공간으로 만드는 것을 기억 장소 집약(압축)(memory compaction)이라고 한다. 이와 같은 과정을 수행하고 나면 하나의 커다란 공백이 생기게 되므로 큰 프로그램도 적재하여 실행할 수 있어 단편화를 해결할 수 있다.

- 기억 장소의 동적 재 배치

• 동적 분할 할당 기법에서는 작업 스케줄링에 의해서 어떤 작업의 실행이 결정되면 그 작업이 필요로 하는 양만큼 기억 공간이 할당된다.

• 작업의 크기가 그 분할의 크기에 꼭 맞기 때문에 고정 분할에서와 같이 많은 기억장치가 낭비되지 않으나 할당된 분할 교체 후에는 비어있는 분할에 배당할 수 없는 공간이 생길 수 있기 때문에 어느 정도의 기억장치 낭비는 발생할 수 있다.

 

32. 오버레이 기법과 교체 기법을 비교 설명하시오.

오버레이 기법

디스크에 프로그램을 유지하고 운영체제에 의해 기억 장치로 교체시키는 방법

프로그램을 몇 개의 조각으로 분할하여 각 단계별로 차례로 적재하여 실행

교체(swapping) 기법

은 충분하지 못한 크기의 주기억장치를 가진 시스템에서모든 사용자 프로그램을 실행시키기 위한 방법.

주기억 장치 공간 내에 적재되어 실행되는 프로그램은 일시적으로 보조기억장치로 이동 될 수도 있으며(swap-out), 보조기억 장치에서 주기억장치로 이동될수도 있다(swap-in).

 

 

33. 기억장치 단편화 현상의 발생 원인과 단편화 종류에 대해서 설명하시오. //무조건 나옴

기억장치의 단편화(fragmentation)는 여러 분할의 작업들이 수행되는 과정에서 사용자의 작업 크기가 분할에 정확히 맞지 않거나, 또는 분할이 너무 작아서 대기 중인 어떤 작업도 이 분할에 적재될 수 없는 여분의 기억 공간을 말한다. • 기억장치 내에 단편화 현상이 자주 발생하게 되면 기억장치의 낭비를 초래하게 된다. • 기억장치 단편화는 모든 컴퓨터 시스템에서 발생하며 내부 단편화 와 외부 단편화의 두 가지 경우가 있다. • 내부 단편화(internal fragmentation)는 하나의 분할에 작업을 할당하고 남은 빈 공백을 말하며, 외부 단편화(external fragmentation)는 대기 중인 작업보다 분할이 너무 적어 분할 전체가 빈 공백으로 있을 때의 상태

 

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1. (병행성)은 여러 개의 프로세스가 같은 프로세서를 공유하거나 메모리 및 입출력장치를 공유한다는 뜻으로 이러한 모든 분야의 구현에 기본인 동시에 운영체제 설계 전반에 걸쳐 기분이 된다.

 

2. (상호배제)란 한 프로세스가 공유 메모리 혹은 공유 파일을 사용하고 있을 때 다른 프로세스들이 사용하지 못하도록 배제시키는 배제시키는 제어 기법을 말한다.

 

3. (임계구역)이란 공유되는 자원에 대한 처리 내용 중에서 상호배제를 시켜야 하는 일정 부분에 대해서는 어느 하나의 프로세스가 처리하는 동안에 다른 프로세스들의 접근을 허용하지 말아야 한다. 이때 상호배제를 시켜야 하는 일정 부분을 말한다.

 

4. (교착상태)는 시스템 냉서 자원을 사용하기 위해 경쟁하거나 상호간에 통신하는 프로세스 집합들이 영구적으로 블록킹(bloking)된 상태이다. 즉 자원을 사용하기 위해 경쟁하고 있는 하나 또는 둘 이상의 프로세스들이 영원히 해결 불가능한 특정 사건을 기다릴 때 발생한다.

 

5. (상주모니터)는 초기 운영체제 형태로서 한 프로그램에서 다음 프로그램으로 제어가 자동으로 넘어가도록 하는 프로그램으로 어떤 작업 또는 프로그램이 다음에 실행되어야 할 것인가에 대한 정보를 유지하고 있다.

 

6, (내부 단편화)는 하나의 분할에 작업을 할당하고 남은 빈 공백을 말한다.

 

7. (외부 단편화)는 대기 중인 작업보다 분할이 너무 적어 분할 전체가 빈 공백으로 있을 때의 상태를 말한다.

 

8. (오버레이 기법)은 사용가능한 기억 장치의 크기에 맞지 않는 큰 프로그램을 수행할 수 없는 문제점이 있으며 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위한 방법으로 가장 일반적인 기법이 프로그램을 몇 개의 조각으로 분할하여 처리하는 기법을 말한다.

 

9. (가상 기억 장치)는 한정된 기억 용량을 가지고 있는 컵퓨터의 기억 장치를 보다 넓게 사용하기 위한 방법으로 프로세스의 전체가 완전히 기억 장치 내에 존재하지 않아도 수행이 가능한 기법을 말한다.

 

10. (기억 장치 사상)은 가상 주소와 실제의 물리적 주소 사이의 관계를 만들어 주는 역할은 하드웨어와 운영체제에 의해 수행하는 것을 말한다.

 

11. 가상 기억 장치 구현 구법으로 (페이징)은 가상 기억 장치 내의 프로그램과 데이터를 일정하게 분할한 용량을 주기억장치의 분산된 공간에 적재하여 수행시키는 기법을 말한다.

 

12. (요구 페이징 방법)은 프로그램의 실행 도중 필요할 때 요구되는 한 페이지씩을 주기억 장치에 적재시켜 실행시키는 것을 말한다.

 

13. (세그먼트 기법)은 가상 주소를 일정한 크기로 분할하는 것이 아니라 분할 형태가 배열이나 함수 같이 논리적인 다양한 크기의 가변적인 단위로 관리하는 것으로 기억 장치의 사용자 관점을 보존하는 기법이다.

 

14. (스래싱)이란 어떤 프로세스가 계속적으로 페이지 부재가 발생하여 프로세의 실제 처리 시간보다 페이지 표체에 걸리는 시간이 더 많아지는 형상으로 시스템에 심각한 성능 저하를 초래한다.

 

15. (지역성 이론)은 프로세스가 실행되는 동안 기억장치 내의 모든 정보를 균일하게 참조하는 것이 아니라 현재 실행되는 주소 부근에서 국부적으로 참조한다는 것을 의미한다.

 

16. (워킹 세트 이론)는 실행 중인 프로세스가 일정 시간 동안에 자자 참조하는 페이지들의 집합을 의미한다.

 

17. 페이지 부재 빈도(PFF:page fault frequency) 방식은 스래싱이 발생하지 않도록 하기 위해서 페이지 부재율을 효율적으로 조절해 주는 직접적인 접근 기법을 말한다.

 

18. (오버레이(Overlay))은 사용 가능한 기억 장치의 크기에 맞지 않는 큰 프로그램을 수행할 수 없는 문제점이 있었으며 이러한 문제를 근본적으로 해결하기 위한 방법으로 가장 일반적인 기법이 프로그램을 몇 개의 조각으로 분할하여 처리하는 기법이다.

 

19. 페이징(paging)은 가상 기억 장치 내의 프로그램과 데이터를 일정하게 분할한 용량을 주기억 장치의 분산된 공간에 적재하여 수행시키는 기법을 말하며 주기억 장치 가용 공간의 위치에 관계없이 페이지 단위로 할당할 수 있도록 한다.

 

20. 교체 전략(replacement strategy)은 기존의 주기억 장치에 적재되어 있던 페이지를 제거하고 새로운 페이지로 대체시키는 정책이다.

 

 

최적화(optimal) 교체

참조열	7	0	1	2	0	3	4	2	3	0	3	2	1	2	0	1	7	0	1
페이지프레임	7	7	7	2		2	2			2			2				7
		0	0	0		0	4			0			0				0
			1	1		3	3			3			1				1
	F	F	F	F		F	F			F			F				F

NUR(not use recently) 교체

무작위 페이지(random page) 교체

LFU(Least Frequently used) 교체

참조열	7	0	1	2	0	3	4	2	3	0	3	2	1	2	0	1	7	0	1
페이지프레임	7	7	7	2		2	4	4	3				3		3	1	7		1
		0	0	0		0	0	0	0				1		0	0	0		0
			1	1		3	3	2	2				2		2	2	2		2
	F	F	F	F		F	F	F	F				F		F	F	F		F

FIFO(First In First Out) 교체

참조열	7	0	1	2	0	3	4	2	3	0	3	2	1	2	0	1	7	0	1
페이지프레임	7	7	7	2		2	2			0		0	0				7	7
		0	0	0		3	3			3		2	2				2	0
			1	1		1	4			4		4	1				1	1
	F	F	F	F		F	F			F		F	F				F	F

SCR(Second Chance Replacement) 교체

 

LRU(Lease Recently Used) 교체

참조열	7	0	1	2	0	3	4	2	3	0	3	2	1	2	0	1	7	0	1
페이지프레임	7	7	7	2		2	4	4		0			1		1		1
		0	0	0		0	0	2		2			2		2		7
			1	1		3	3	3		3			3		0		0
	F	F	F	F		F	F	F					F		F		F

참조열	7	0	1	2	0	3	4	2	3	0	3	2	1	2	0	1	7	0	1
페이지프레임	7	7	7
		0	0
			1
	F	F	F

 

21. 동적 분할 할당 관리에서 다음과 그림과 같이 운영체제 공간이 있을 때 기억 공간 배치 전략으로 First Fit strategy, Beat Fit strategy, Worst Fit strategy에서 12K짜리 프로그램이 어느 위치에 적재되는지를 표시하시오.

운영체제

①20K 공백

사용중

②7K 공백

③13K 공백

사용중

④30K 공백

First Fit :

Best Fit :

Worst Fit :

 

 

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