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[운영체제] 23. Disk Format & Arm Scheduling Sector 구조 하드디스크의 하나의 섹터는 위와 같은 포맷으로 되어있다.우선 실제 데이터가 들어가는 부분이 제일 중요할 것이고 그 앞 뒤로는 부가 정보를 저장한다.데이터는 보통 512byte 크기가 저장된다. Preamble : bit pattern 으로 시작하며, 이 부분이 섹터의 시작임을 나타낸다.또한 실런더 넘버와 섹터 넘버와 같은 정보가 들어있다. ECC : Error-Correcting Code, read error 가 발생했을 때 복구할 수 있도록, 여분 정보가 저장되어 있다. 디스크에는 일부 섹터가 망가지는 것을 대비해서 여분의 spare sector를 남겨둔다.그리고 이와 같이 초기 세팅을 하는 것을 low-level formatting 이라고 한다. Cylinder Skew (★) .. 공감수 1 댓글수 2 2024. 12. 10.
[운영체제] 22. Disk & RAID Hard Disk 하드디스크는 위 그림과 같이 여러 원판(플래터)이 겹겹이 쌓여있는 구조로 되어있다.그리고 원판의 앞/뒷 면에 데이터를 저장할 수 있다.이 원판이 쌓여있는 원통형 구조를 실린더라고 부른다. 플래터에서 데이터를 읽는 것은 헤드가 담당하며, 헤드는 디스크 arm 에 붙어있다.디스크 암은 좌우로 움직이면서 트랙을 이동할 수 있다. 플래터 하나는 여러개의 동심원으로 구성되어 있으며, 각각의 동심원으로 이루어진 영역을 트랙이라고 부른다.그리고 트랙은 중앙을 향하는 세로선에 의해 분할된 '섹터' 로 구성된다.왼쪽 그림을 보면 하드디스크 안쪽은 트랙당 섹터가 16개 이고, 바깥쪽은 트랙당 섹터가 32개로 되어있다.반지름의 길이가 달라지기 때문에 2가지 종류의 트랙으로 구성한 것이다. 오른쪽 그림은.. 공감수 0 댓글수 0 2024. 12. 10.
[운영체제] 21. I/O Device 입출력 장치입출력 장치는 크게 3가지로 분류할 수 있다. - Block Device : 고정된 크기의 블록에 데이터를 저장하는 장치. 각각의 블록은 주소를 가지며 주로 512KB ~ 323768KB 의 크기를 갖는다. 대표젹인 예시는 Disk - Character Device : 운영체제와 character stream을 주고 받는 장치. 블록 구조가 없기에 주소 체계도 없고, 무언가를 찾는 동작도 하지 않는다. 대표적인 예시는 프린터, 마우스, 네트워크 인터페이스 - Other device : 기타 장치들. 클락, Memory-mapped screens 등이 있다. 위 그림은 대표적인 입출력 장치들의 데이터 전송속도를 보여준다.아래로 내려갈수록 입출력 속도가 빨라지며, 사용자와 직접 상호작용하는 .. 공감수 1 댓글수 0 2024. 12. 9.
[운영체제] 20. UNIX V7 File System Directory Entry이제 파일 시스템의 예시로 UNIX V7 의 파일 시스템이 어떻게 구현되어 있는지 살펴보면서 파일 관련 내용 정리를 마무리한다. UNIX V7 에서는 위와 같은 형태의 Directory Entry를 가진다.2바이트(=16 bit)는 I-Node 번호를 표현하는데 쓰이므로 총 2^16 가지의 번호를 표현할 수 있다.따라서 이 시스템에서 저장할 수 있는 최대 파일의 개수는 2^16개이다. (★)뒤의 14바이트는 파일 이름을 나타내는데 사용되었다. I-node 이번에는 UNIX V7에서 사용한 하나의 i-node의 구조를 살펴보자. (★)i-node 에는 파일의 속성이 들어있고, 그 밑에는 실제 파일의 content가 저장된 디스크 블록을 가리키는 주소가 들어있다.이때 V7 에서.. 공감수 0 댓글수 0 2024. 12. 8.
[운영체제] 19. 파일 시스템 구현 개요 위 그림은 전체 디스크를 나타낸 그림이다.디스크의 앞부분에는 MBR 이라는 부분이 있고, 그 뒤에 partition table 이 있다.파티션 테이블 뒤에는 파티션들이 존재하며, 각각의 파티션에는 실제 파일과 디렉토리가 저장되어 있다.이때 각 파티션은 독립된 하나의 파일 시스템을 갖는다. MBR(Master Boot Record)은 컴퓨터를 부팅할 때 사용한다.파티션 테이블의 엔트리 하나는 하나의 파티션과 매핑되어 있으며, 각 파티션의 시작 / 끝 주소 정보를 갖고 있다.파티션 중에 하나는 반드시 active 라는 마킹이 되어있고, 이 파티션이 부팅하는 파티션이다.(윈도우에서 운영체제가 들어있는 부팅 디스크를 지정하는 것과 비슷하게 생각하면 아해가 된다.) 컴퓨터를 부팅하는 과정을 살펴보면1. 롬에.. 공감수 1 댓글수 0 2024. 12. 8.
[운영체제] 18. File & Directory File파일은 데이터를 장기 저장하는 저장 공간으로, 다음과 같은 특징을 갖는다. 1. 많은 양의 데이터를 저장할 수 있다.2. 저장된 데이터는 그 데이터를 사용한 프로세스가 종료되어도 남아있는다.3. 여러 프로세스가 동시에 데이터에 접근할 수 있다. 다음은 다양한 파일 확장자들의 예시를 보여준다.이중에서 gif는 무손실 압축을 지향하는 이미지 확장자이고, JPG는 압축률을 높이는 대신 어느 정도 손실을 감수하는 확장자이다. 파일의 내부 구조는 크게 위와 같이 3가지 종류가 있을 수 있다. (a)는 byte sequence 형태로 데이터를 저장한 것을 말한다.윈도우, UNIX와 같은 운영체제에서 이 방식을 지원한다. (b)는 Record Sequence 형태로 데이터를 저장한 형태이다.이때 레코드의 .. 공감수 1 댓글수 0 2024. 12. 7.
[운영체제] 17. Segmentation 하나의 프로세스 크기가 너무 커서 메모리에 다 올리지 못할 때 가상 메모리를 이용하여 프로세스의 일부만 메모리에 올리는 방법을 사용한다. 그리고 이를 구체적으로 구현하는 방법으로 지금까지 페이징 기법을 살펴보았다.그런데 이를 구현하는 추가적인 방법으로 Segmentation 기법도 존재한다. 먼저 virtual address space 가 지금까지 배웠던 것처럼 위와 같이 존재한다고 해보자.그러면 가상 주소 공간은 0부터 점점 주소가 증가하는 1차원 주소 공간으로 존재할 것이다. 이때 이 공간에서 '컴파일러 프로그램'을 실행한다고 해보자.컴파일러는 소스코드를 파싱하고 심볼 테이블을 만들고, 파스 트리를 만드는 과정을 수행할 것이다.이때 이 과정에서 나온 결과물들을 저장해야 하는데, 각각을 segment.. 공감수 1 댓글수 0 2024. 12. 5.
[운영체제] 16. 페이지 교체 알고리즘 지난 글에서 프로세스를 메모리에 올리는 다양한 방법을 고민하면서, Virtual Memory 방식에 대해 정리하였다.하나의 프로그램 전체를 메모리에 올린 뒤 그때그때 실행할 프로그램을 교체하는 방식이 스와핑이었다면, 하나의 프로그램을 모두 메모리에 올리기에는 프로그램 용량이 너무 커서 다 못 올리는 경우 가상 메모리를 사용하여 프로그램이 사용하는 전체 메모리를 가상 공간에 표현하고, 가상 공간과 실제 메모리를 '페이지' 라는 단위로 매핑하여 그때 그때 필요한 가상 공간 영역을 실제 메모리에 올리는 방법을 사용했다. 이때 가상 공간 상 페이지 번호(virtual page number, VPN)와 실제 메모리 공간 속 페이지 (page frame number) 를 매핑하기 위해 페이지 테이블을 두었는데, 이.. 공감수 0 댓글수 0 2024. 12. 5.
[운영체제] 15. 메모리 관리 Memory & Process프로그래머가 원하는 이상적인 메모리는 용량도 크고, 입출력도 빠르고, 저장된 데이터도 망가지지 않는 메모리일 것이다.하지만 현실적으로 입출력이 빠른 메모리는 용량당 비용이 점점 높아지다보니, 용도에 맞춰 다양한 특징을 가진 메모리를 계층구조로 설계한다. 먼저 용량은 작지만 입출력이 빠르고 비싼 메모리는 cache 로 계층 상단에 두고중간 용량과 속도, 중간 가격대를 가진 메모리는 main memory 로 중간에 두고큰 용량과 낮은 속도, 싼 가격대를 가진 저장장치는 디스크 저장공간으로 제일 하단에 둔다. 메모리를 관리하는 memory manager 는 운영체제의 일부로서 메모리 계층 구조를 관리한다.또한 어떤 메모리의 어떤 부분이 사용되고 있고, 사용되지 않고 있는지 추적하며.. 공감수 0 댓글수 4 2024. 12. 3.
[운영체제] 14. 스레드 스케줄링 그림과 같이 스레드가 구현되어 있다고 해보자.(이 구현은 user level 스레드를 보여주고 있다. 런타임 시스템과 그 내부에 스레드 테이블이 있기 때문이다.) 이때 각각의 프로세스에게는 50ms 의 퀀텀이 주어졌고, 각 스레드는 CPU burst 마다 5ms의 시간이 소모된다고 해보자. 그러면 커널이 먼저 실행할 프로세스를 고르고, 그 다음에 런타임 시스템이 실행할 스레드를 골라서 굴리므로 프로세스 A의 스레드들이 A1 A2 A3 A1 A2 A3 이런식으로 돌아간다.유저 레벨 스레드는 스레드 스위칭이 빠르므로, thread_yield 와 같은 프로시저를 사용하여 빠르게 스레드를 교체하며 돌리는 것이 가능하고, 성능도 좋다. (다만 라운드 로빈과 같이 정해진 퀀텀을 정해두고 돌리는 것은 힘들다.) 이때.. 공감수 0 댓글수 0 2024. 10. 21.
[운영체제] 13. 스레드의 구현 방법 스레드를 구현하는 방법은 User space 에서 구현하거나, Kernel space 에서 구현하거나, 두 방법을 섞는 하이브리드 방법 크게 3가지가 있다. 각각의 구현 방법에 대해서 정리해본다. User Space 메모리 공간은 크게 User space 와 Kernel space 로 나뉜다.유저 스페이스는 일반적인 유저 프로세스가 실행되는 공간이고, kernel spaces는 운영체제의 핵심 요소인 커널이 존재하며 실행되는 공간이다. User space 에서 스레드를 구현하는 경우 위 그림과 같이 구현할 수 있다.이때 운영체제는 실제로 멀티스레드가 가능한 환경으로 동작하지만, 커널은 스레드의 존재를 모르고, 기존의 프로세스 모델에서 프로세스를 다루는 것과 비슷하게 돌아간다. 따라서 커널에는 proce.. 공감수 1 댓글수 0 2024. 10. 21.
[운영체제] 12. 스레드 Process Model지금까지는 프로세스와 프로세스 스케줄링, 프로세스 통신에 대해서 정리하였다.이렇게 프로세스를 사용하여 컴퓨터 프로그램의 동작을 기술하는 것을 Process Model 이라고 하며,이번 글부터는 Thread Model 을 통해서 프로그램의 동작을 기술해보고자 한다. Process Model 은 크게 2가지 개념을 갖는다.1. Resource Grouping2. Thread 리소스 그룹핑은 다음과 같은 데이터를 프로세스 단위로 갖는 것을 말한다.- Address Space (메모리에 프로세스가 차지하는 공간, 유닉스의 경우 Text(Code) 세그먼트, Data 세그먼트, Stack 세그먼트로 구분)- open file (현재 이 프로세스가 open 한 file에 대한 정보)- c.. 공감수 2 댓글수 0 2024. 10. 21.
[운영체제] 11. 스케줄링 (5) - Policy vs. Mechanism 예를 들어 어떤 DBMS 가 실행되고 있다고 해보자.DBMS는 여러 사용자가 접근 가능한 시스템이므로, 각 사용자를 응대하는 자식 프로세스가 여러 개 존재할 것이다.이때 DBMS가 유동적으로 자신이 원하는 특정 자식 프로세스에게 더 높은 CPU를 할당하고 싶은 상황이 있을 수 있다.하지만 일반적으로는 DBMS의 부모 프로세스도, 클라이언트를 응대하는 자식 프로세스도 모두 운영체제에 의해 관리되므로 DBMS가 이를 컨트롤 할 수 있는 방법은 존재하지 않는다. Policy vs. Mechanism 은 부모 프로세스에게 자식 프로세스에 대한 관리 기능을 제공해보자는 아이디어에서 등장했다.즉, 어떤 스케줄링 알고리즘 (Mechanism) 을 사용할 지는 운영체제가 결정하되, 그 알고리즘을 활용하는 정책(Poli.. 공감수 1 댓글수 0 2024. 10. 21.
[운영체제] 10. 스케줄링 (4) - Real-Time System 스케줄링 Real-Time System 은 외부의 이벤트에 대해 정해진 시간 안에 적절하게 반응해야 하는 시스템이다.디스크 플레이어를 예로 들면, 디스크에 담긴 디지털 음원 데이터를 바로바로 디코딩해야 끊김없이 노래를 들을 수 있다.자동 조립 로봇, 자동 항법 시스템과 같은 경우도 모두 실시간 시스템의 한 예시이다. 실시간 시스템은 올바른 답을 '정해진 시간 안에' 내놓는 것이 매우 중요하다.정해진 시간 안에 답을 내놓지 못하는 실시간 시스템은 잘못된 답을 내보내는 시스템과 똑같이 나쁜 시스템이다. 실시간 시스템은 크게 2가지로 구분된다. 1. Hard Real Time : 절대적인 데드라인이 반드시 지켜져야 한다.2. Soft Real Time : 때때로 데드라인을 못 지켜도 (바람직하지는 않지만) 괜찮다. 미.. 공감수 0 댓글수 0 2024. 10. 21.
[운영체제] 9. 스케줄링 (3) - Interactive System 스케줄링 인터렉티브 시스템은 사용자의 요청에 얼마나 빠르게 응답하는지를 중점적으로 보는 시스템이다.따라서 인터렉티브 시스템은 선점형 스케줄링 알고리즘을 사용하며 response time 을 낮추는 것을 목표로 하였다. 이번 글에서는 인터렉티브 시스템의 스케줄링 알고리즘들을 정리해보자. Round Robin Scheduling라운드 로빈 스케줄링은 이름 그대로 빙글빙글 돌아가면서 프로세스를 실행하는 알고리즘이다.배치 시스템 스케줄링에서 봤었던 FCFS 스케줄링처럼 앞에 것을 실행하고 뒤로 보내는 것을 반복하면서 마치 원형큐를 사용하듯 쓰는 방법인데, 여기에 선점형 스케줄링의 속성이 추가되었다고 보면 된다. (a) 그림에 있는 프로세스들이 runnable 프로세스 ( = ready 상태에 있는 프로세스, run.. 공감수 3 댓글수 0 2024. 10. 20.
[운영체제] 8. 스케줄링 (2) - Batch System 스케줄링 지난 글에서 정리한 것처럼, 배치 시스템은 프로세스 스위칭을 최소화하고 성능을 높이는 것을 목표로 한다.배치 시스템에서 사용하는 다양한 스케줄링 알고리즘을 정리해보자. FCFS (First-Come-First-Served)선입 선처리 스케줄링 또는 FCFS 스케줄링라고 부른다.이름 그대로 CPU 사용을 요청한 순서대로 할당해주는 방식의 알고리즘이다. 이를 위해서 하나의 큐를 사용하며, 현재 실행중인 프로세스가 Blocked 상태로 가면 큐의 맨 앞에 있는 프로세스를 running 상태로 올린다. 만약 blocked 상태에 있던 프로세스가 ready상태가 되면, 큐의 맨 뒤에 해당 프로세스를 넣는다. 이 스케줄링 알고리즘은 비선점 스케줄링 알고리즘이다.큐에 들어온 순서대로 순차적으로 실행만 하고, 실행하.. 공감수 0 댓글수 2 2024. 10. 20.
[운영체제] 7. 스케줄링 (1) - 개요 Scheduling과거 배치 시스템과 TimeSharing 방식의 컴퓨터가 있었을 때는 CPU가 매우 희귀한 자원이었다.그래서 이 비싸고 귀중한 CPU 자원을 최대한 많은 프로세스를 처리하는데 효율적으로 쓰기 위해서 여러가지 고민이 필요했다. 시간이 지나면서 CPU 성능이 증가하고 개인용 컴퓨터 시대가 온 뒤에는 과거만큼 CPU를 효율적으로 사용하기 위한 스케줄링 알고리즘의 고민 필요성이 낮아졌지만, 그럼에도 불구하고 서버 컴퓨터와 같은 고성능 컴퓨터에서는 스케줄링 알고리즘에 대한 고민이 필요하다.(보통 서버컴퓨터는 접속하는 클라이언트마다 프로세스를 생성하기 때문이다.) 그리고 프로세스는 계속 상태가 변하면서 번갈아 실행이 되는데,이렇게 실행하는 프로세스를 교체하는 것을 가리켜 프로세스 스위칭 또는 컨텍.. 공감수 1 댓글수 0 2024. 10. 20.
[운영체제] 6. 프로세스 동기화 (4) - 식사하는 철학자 문제 그림과 같이 음식과 포크가 주어져있다.이때 각 음식 앞에는 철학자들이 있고, 철학자들은 생각을 하거나 음식을 먹는다. 철학자들은 다음과 같은 순서로 식사를 진행한다. 1. 생각을 하다가 왼쪽 포크가 사용가능하면 집는다.2. 생각을 하다가 오른쪽 포크가 사용가능하면 집는다.3. 두 포크를 모두 집었다면 일정시간 식사를 한다.4. 식사를 마치고 오른쪽 포크를 내려둔다.5. 왼쪽 포크를 내려둔다.6. 1~5반복 이를 코드로 구현하면 아래와 같다. 이때 만약 모든 철학자가 동시에 식사를 시작하면 모두 동시에 왼쪽 포크를 집어들고 오른쪽 포크를 서로가 영원히 기다리므로 식사를 할 수 없게 된다. 이렇게 서로가 이미 점유한 자원에 서로 의존하여 모든 프로세스가 동작을 멈추는 상황을 '데드락(교착 상태)' 이라고.. 공감수 2 댓글수 2 2024. 10. 19.
[운영체제] 5. 프로세스 동기화 (3) - Message Passing, Barrier Message Passing지난 글까지 정리한 프로세스 동기화는 모두 하나의 컴퓨터에서 같은 메모리와 CPU를 공유하는 서로 다른 프로세스 사이의 동작을 이야기했다. 이번에는 네트워크로 연결된 서로 다른 컴퓨터 상에서 돌아가는 서로 다른 프로세스 사이의 동작에 대해 이야기해본다. 서로 다른 프로세스 사이에 메세지를 주고받으려면 네트워크를 통해서 메세지를 전송하고 수신할 수 있어야 한다.메세지를 전송할 때는 send(), 메세지를 수신할 때는 receive() 라는 시스템 콜을 사용한다.send() 는 목적지로 메세지를 전송하는 것이니 간단한데, receive() 의 경우, 호출 했을 때 자신에게 온 메세지가 없다면 blocked 상태로 빠지거나(Sleep) 에러 코드를 return 할 수 있다. (뒤에서.. 공감수 0 댓글수 0 2024. 10. 19.
[운영체제] 4. 프로세스 동기화 (2) - 세마포, 뮤텍스, 모니터 Sleep and Wakeup프로세스를 동기화하여 서로 다른 프로세스가 동시에 임계 구역에 존재하지 못하도록 막는 알고리즘을 '상호 배제' 라고 하였다.상호 배제를 달성하는 간단한 알고리즘들을 정리하였는데, 이 알고리즘들은 모두 busy waiting 알고리즘으로 계속해서 공유 변수를 체크하면서 자신이 임게 구역에 들어갈 수 있는지 직접 확인해야했다. busy waiting 방식은 CPU 시간을 낭비하고, 우선순위 스케줄링 방식에서 우순선위 역전 문제를 일으키기도 한다.그래서 그 대안으로 나온 방법이 Sleep and Wakeup 이다. sleep, wakeup 은 모두 시스템 콜이다.sleep 시스템 콜을 호출하면 다른 프로세스가 wakeup 시스템 콜을 호출할 때까지 호출한 프로세스를 blocked .. 공감수 2 댓글수 0 2024. 10. 19.
[운영체제] 3. 프로세스 동기화 (1) - 상호배제와 Busy Waiting 프로세스는 단독으로 자원을 경쟁적으로 사용하면서 실행되기도 하지만 서로 통신하고 협력하면서 실행되기도 한다.프로세스 사이에 통신할 때는 크게 3가지 문제점이 있다. 1. 어떻게 하나의 프로세스에서 다른 프로세스로 정보를 넘길 것인가?2. 어떻게 각 프로세스가 중요한 동작을 하고 있을 때 서로를 방해하지 않도록 보장할 것인가?3. 프로세스와 프로세스의 동작 사이에는 의존성이 존재할 수 있는데, 어떻게 올바르게 실행되도록 순서를 조정할 것인가?(프로세스 A가 생성한 데이터를 프로세스 B가 출력한다면, 프로세스 B는 프로세스 A의 동작이 끝날 때까지 기다려야 한다.) 이 문제를 해결하는 것을 가리켜 '프로세스 동기화' 라고 한다. 우선 첫 번째 문제인 하나의 프로세스에서 다른 프로세스로 정보를 넘기는 것은 단.. 공감수 3 댓글수 2 2024. 10. 17.
[운영체제] 2. 프로세스 프로세스프로세스는 컴퓨터 메모리에 올라와있는, 실행중인 프로그램을 말한다.(실행중이지 않은 프로그램은 하드디스크나 SSD에 파일로서 존재하는 프로그램을 말한다.) 만약 여러 개의 프로그램을 실행해서 여러개의 프로세스가 생성되면 과연 정말로 여러 프로세스가 동시에 실행되고 있는 것일까?여러 개의 프로세스를 실행하는 것을 '멀티 프로그래밍' 이라고 하는데, 아래 이미지와 같이 구현된다. 그림에서 보는 것처럼 CPU가 프로세스를 하나씩 번갈아가면서 실행하는 것이 멀티 프로그래밍이다.하드웨어적으로는 (a) 와 같이 하나의 프로그램 카운터가 각 프로세스를 넘나들면서 실행하며,개념적으로는 4개의 독립된 프로그램 카운터가 존재하는 것처럼 동작한다.그래서 시간에 따른 프로세스별 실행 흐름은 (c)와 같은 모습으로 나.. 공감수 4 댓글수 5 2024. 10. 16.
[운영체제] 1. 시스템 콜 시스템 콜시스템 콜은 컴퓨터 프로그램이 운영체제가 제공하는 서비스를 제공 받을 때 사용하는 인터페이스이다. 대부분의 CPU는 커널 모드(kernel mode)와 사용자 모드(user mode)를 갖고 있다.CPU 내부에는 PSW (Program Status Word) 라고 하는 레지스터가 있고, 이 레지스터의 여러가지 비트들 중 하나가 CPU의 모드를 결정한다. CPU가 커널 모드로 동작하게 되면, CPU에 정의된 instruction set 에 있는 모든 명령어를 실행할 수 있게 되고, 하드웨어의 모든 기능을 사용할 수 있게 된다.그리고 운영체제는 커널모드에서 동작한다. 따라서 운영체제는 모든 하드웨어 기능을 사용할 수 있다. 반면 우리가 흔히 사용하는 프로그램들은 사용자 모드에서 동작한다.사용자 모드.. 공감수 1 댓글수 0 2024. 10. 15.

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