4주차 - park-gyubi/Computer GitHub Wiki

1-1. 운영체제는 무엇을 하는가

운영체제(OS)

컴퓨터의 하드웨어와 소프트웨어 자원을 관리하고 프로그램이 실행될 수 있도록 하는 시스템 소프트웨어
사용자와 응용 프로그램이 하드웨어를 직접 제어하지 않아도 사용할 수 있도록 중간에서 연결함.
사용자/응용 프로그램 ↔ 운영체제 ↔ 하드웨어 구조로 동작함.

운영체제의 위치

사용자와 하드웨어 사이에서 동작함.
일반적인 구조
- 사용자
- 응용 프로그램
- 운영체제
- 하드웨어

운영체제의 주요 관리 대상

CPU
메모리
파일
입출력장치

운영체제의 주요 역할

CPU와 메모리 등의 자원을 여러 프로그램에 배분
프로그램의 실행과 종료 관리
파일과 폴더 관리
키보드, 마우스, 프린터 등의 장치 관리
프로그램과 사용자의 권한 관리 및 시스템 보호
여러 프로그램이 동시에 실행될 수 있도록 지원

사용자 모드와 커널 모드 alt

사용자 모드
- 일반 응용 프로그램이 동작하는 영역
- 시스템 전체에 영향을 줄 수 있는 중요한 작업을 직접 수행하지 못하도록 제한됨.
시스템 호출(System Call)
- 응용 프로그램이 운영체제의 기능을 요청하는 방법
- 파일 접근이나 장치 사용 등이 필요할 때 운영체제에 요청함.
커널 모드
- 운영체제의 핵심 기능이 동작하는 영역
- CPU, 메모리, 장치 등의 중요한 자원에 접근 가능
보호된 통로를 통해 사용자 프로그램과 운영체제가 연결됨.

운영체제의 보호와 안정성

프로세스를 서로 분리하여 한 프로그램의 문제가 다른 프로그램에 영향을 주는 것을 줄임.
권한을 검사하여 허용되지 않은 작업을 제한함.
파일과 장치 접근 권한을 관리함.
오류가 발생했을 때 복구할 수 있도록 관리함.

멀티태스킹 사례

문서 작성
음악 재생
파일 저장
여러 프로그램이 동시에 실행되는 것처럼 보이지만 운영체제가 CPU와 자원을 나누어 사용하도록 관리함.

1-2. 컴퓨터의 시작과 부팅

부팅(Booting)

컴퓨터의 전원을 켠 뒤 운영체제를 사용할 수 있는 상태까지 준비하는 과정
하드웨어 준비 → 운영체제 적재 → 시스템 서비스 실행 → 사용자 로그인 등의 과정으로 진행됨.

기본 부팅 순서

전원 켜기
하드웨어 점검
부팅 장치 찾기
부트 로더 실행
커널 실행
로그인 ![alt](

컴퓨터에 전원이 공급되면 CPU가 동작을 시작함.
UEFI는 운영체제가 실행되기 전에 하드웨어를 초기화하고 부팅 준비를 수행함.

POST

Power-On Self-Test
부팅 초기에 주요 하드웨어가 정상적으로 동작하는지 확인하는 과정
CPU, RAM 등의 기본적인 하드웨어 상태를 점검함.

부팅 장치

운영체제를 불러올 수 있는 저장장치를 찾음.
예시
- SSD
- USB
- 네트워크

부트 로더

저장장치에서 운영체제의 커널을 찾아 메모리로 불러오고 실행하도록 연결함.
UEFI → EFI 시스템 파티션 → 부트 로더 → 운영체제 커널 순서로 이어질 수 있음.

메모리 적재

운영체제는 저장장치에 저장되어 있지만 실행하려면 RAM으로 불러와야 함.
저장장치의 운영체제 데이터 → RAM → CPU 실행

커널 적재와 초기화

운영체제의 핵심인 커널이 RAM에 적재됨.
커널이 CPU, 메모리, 장치 등을 사용할 수 있도록 시스템을 초기화함.
초기 장치 드라이버와 파일 시스템 등을 준비함.

서비스 실행

커널이 준비되면 운영체제에서 필요한 여러 시스템 서비스가 실행됨.
예시
- 네트워크
- 그래픽·오디오
- 보안
- 자동 시작 프로그램

로그인

시스템 준비가 끝난 후 사용자가 계정으로 로그인함.
로그인 후 사용자 환경과 프로그램을 사용할 수 있게 됨.

느린 부팅의 원인

저장장치 속도
자동 시작 프로그램
업데이트
장치 초기화
부팅 과정 중 어느 단계가 느린지 확인하는 것이 중요함.

보안과 복구

Secure Boot
- 서명되고 신뢰할 수 있는 부트 로더를 확인하여 부팅 과정의 변조를 방지
안전 모드
- 최소한의 드라이버와 기능으로 운영체제를 실행하여 문제를 진단
복구 환경
- 부팅에 문제가 발생했을 때 시스템을 진단하거나 복원하는 데 사용

1-3. 프로세스와 멀티태스킹

프로그램과 프로세스

프로그램
- 저장장치에 저장된 실행 가능한 코드
- 실행되기 전에는 파일 형태로 존재함.
프로세스
- 프로그램을 실행하여 실제로 CPU와 메모리 등의 자원을 사용하는 상태
프로그램 파일 → 실행 → 프로세스

프로세스의 구성

코드
데이터
메모리
실행에 필요한 각종 자원
운영체제는 각각의 프로세스를 구분하여 관리함.

스레드(Thread)

프로세스 안에서 실제 작업을 수행하는 실행 흐름
하나의 프로세스 안에 여러 스레드가 존재할 수 있음.
여러 스레드를 이용하면 하나의 프로그램에서도 여러 작업을 나누어 처리할 수 있음.

프로세스 상태

준비(Ready)
- CPU를 사용할 준비가 되어 대기하는 상태
실행(Running)
- CPU를 배정받아 명령을 처리하고 있는 상태
대기(Waiting)
- 입출력 등의 작업이 끝나기를 기다리는 상태
완료
- 실행을 모두 마친 상태 ![alt](

여러 프로세스가 CPU를 사용하려고 할 때 운영체제가 어떤 프로세스에 CPU를 배정할지 결정함.
CPU 시간을 짧게 나누어 여러 프로세스에 번갈아 배정함.
빠르게 전환되기 때문에 사용자는 여러 프로그램이 동시에 실행되는 것처럼 느낄 수 있음.

선점

운영체제가 현재 실행 중인 작업의 CPU 사용을 중단시키고 다른 작업에 CPU를 배정할 수 있음.
특정 프로세스가 CPU를 계속 독점하는 것을 방지함.

문맥 교환(Context Switch)

CPU가 실행 중이던 작업을 다른 작업으로 바꾸는 과정
기존 프로세스의 실행 상태를 저장
다른 프로세스를 실행
다시 돌아올 때 저장했던 상태를 복원
문맥 교환에도 일정한 시간이 필요하므로 너무 자주 발생하면 성능 저하가 발생할 수 있음.

여러 코어

CPU 코어가 여러 개라면 여러 작업을 실제로 동시에 실행할 수 있음.
단일 코어
- 여러 작업을 매우 빠르게 번갈아 실행
여러 코어
- 서로 다른 코어에서 여러 작업을 동시에 실행 가능
코어가 많다고 해서 모든 작업이 자동으로 완전히 병렬화되는 것은 아님.

동시성과 병렬성

동시성
- 여러 작업이 일정 시간 동안 번갈아 진행되는 방식
병렬성
- 여러 CPU 코어에서 여러 작업이 실제로 동시에 실행되는 방식

공유 자원과 동기화

여러 스레드가 같은 데이터를 동시에 수정하면 실행 순서에 따라 잘못된 결과가 발생할 수 있음.
이를 경쟁 상태(Race Condition)라고 함.
공유 자원에 동시에 접근하지 못하도록 동기화가 필요함.
예시
- 스레드 A와 B가 같은 값을 동시에 읽고 수정하면 예상하지 못한 결과가 발생할 수 있음.
- 뮤텍스(Mutex) 등을 이용하여 한 번에 하나의 스레드만 공유 자원에 접근하도록 제한

멀티태스킹

운영체제의 상태 관리
CPU 스케줄링
대기
문맥 교환
위 과정이 반복되면서 여러 프로그램이 동시에 실행되는 것처럼 동작함.

1-4. 운영체제의 메모리 관리

메모리 관리

실행 중인 프로그램이 사용할 RAM 공간을 운영체제가 관리함.
각 프로세스에 필요한 메모리를 할당하고 서로의 메모리를 침범하지 않도록 보호함.

프로세스별 메모리 공간

각 프로세스는 자신만의 메모리 공간을 사용하는 것처럼 동작함.
운영체제가 프로세스 A, B, C 등의 메모리 영역을 관리하고 보호함.

가상 메모리

각 프로세스에 독립적인 가상 주소 공간을 제공하는 방식
프로그램은 실제 RAM의 물리 주소를 직접 사용하는 대신 가상 주소를 사용함.
운영체제와 하드웨어가 가상 주소를 실제 물리 주소와 연결함.

가상 주소와 물리 주소

프로그램이 사용하는 주소 → 가상 주소
실제 RAM의 위치 → 물리 주소
MMU(Memory Management Unit)가 주소 변환을 수행함.
운영체제가 관리하는 페이지 테이블을 이용하여 가상 주소를 물리 주소에 연결함. ![alt](

가상 메모리와 물리 메모리를 일정한 크기의 블록으로 나누어 관리하는 단위
프로세스의 가상 페이지를 RAM의 물리 프레임에 연결하여 사용함.

페이지 테이블

가상 페이지와 실제 RAM의 물리 프레임 사이의 대응 관계를 저장함.
운영체제가 프로세스마다 주소 변환 정보를 관리함.

TLB

Translation Lookaside Buffer
최근 사용한 가상 주소 → 물리 주소 변환 정보를 빠르게 찾기 위한 캐시
페이지 테이블을 매번 확인하는 비용을 줄여 주소 변환 속도를 높임.
TLB 적중 → 빠르게 주소 변환
TLB 미스 → 페이지 테이블 확인

페이지 부재(Page Fault)

프로그램이 필요로 하는 페이지가 현재 RAM에 존재하지 않을 때 발생
처리 과정
- 프로그램이 페이지에 접근
- RAM에 페이지가 없는 것을 확인
- 운영체제가 필요한 데이터를 저장장치에서 읽음.
- RAM에 적재
- 페이지 테이블 갱신
- 프로그램 실행 재개

가상 메모리와 저장장치

RAM이 부족하면 일부 데이터를 저장장치로 옮겨 공간을 확보할 수 있음.
필요한 데이터가 다시 사용되면 저장장치에서 RAM으로 가져옴.

교체

RAM 공간이 부족할 때 기존 페이지 중 일부를 제거하고 필요한 페이지를 가져오는 과정

스왑(Swap)

RAM의 데이터를 저장장치로 옮겨 메모리 공간을 확보하는 방식
저장장치는 RAM보다 느리므로 스왑이 많이 발생하면 성능이 크게 저하될 수 있음.

스래싱(Thrashing)

RAM 부족으로 페이지를 계속 저장장치와 RAM 사이에서 교체하는 상태
실제 프로그램 실행보다 페이지 교체에 더 많은 시간이 사용되어 시스템이 매우 느려질 수 있음.
교체가 지나치면 스래싱이 발생함.

메모리 부족 관찰

확인할 수 있는 주요 지표
- 메모리 사용률
- 디스크 활동
- 응답 지연
RAM 사용률이 높고 디스크 사용이 지속적으로 증가하면서 시스템이 느려진다면 메모리 부족과 스왑 사용을 의심할 수 있음.

메모리 보호

페이지마다 접근 권한을 설정할 수 있음.
예시
- 읽기(R)
- 쓰기(W)
- 실행(X)
프로세스의 메모리 공간을 서로 분리하여 다른 프로세스의 메모리를 임의로 수정하지 못하도록 보호함.

1-5. 장치 드라이버와 입출력 관리

입출력 관리

운영체제는 프로그램과 실제 하드웨어 장치 사이에서 입출력 요청을 관리함.
프로그램이 각 하드웨어의 세부 동작 방식을 직접 처리하지 않아도 되도록 함.

입출력 계층

응용 프로그램
시스템 호출
운영체제의 입출력 계층
장치 드라이버
장치 제어기
실제 장치

장치 드라이버

운영체제와 특정 하드웨어 장치 사이에서 명령을 전달하는 소프트웨어
운영체제의 공통 요청을 각 장치가 이해할 수 있는 방식으로 변환함.
장치별 명령 번역기 역할을 함.

드라이버의 역할

프로그램의 입출력 요청을 운영체제가 받음.
운영체제가 적절한 드라이버를 호출함.
드라이버가 장치에 맞는 명령으로 변환함.
장치가 실제 작업을 수행함.
결과가 다시 운영체제와 프로그램으로 전달됨.

플러그 앤 플레이(Plug and Play)

새로운 장치를 연결했을 때 운영체제가 장치를 식별하고 적절한 드라이버를 선택하여 사용할 수 있도록 설정하는 기능
과정
- 장치 감지
- 식별
- 드라이버 선택
- 설정

인터럽트(Interrupt)

장치가 작업을 완료했거나 CPU의 처리가 필요할 때 CPU에 이를 알리는 신호
CPU가 장치의 상태를 계속 반복해서 확인하지 않아도 됨.
인터럽트가 발생하면 CPU가 필요한 처리를 수행한 뒤 원래 작업으로 돌아감.

폴링(Polling)

CPU가 장치의 상태를 반복적으로 확인하는 방식
장치의 작업 완료 여부를 계속 질문하는 것과 비슷함.
단순하지만 반복 확인 과정에서 CPU 자원이 사용될 수 있음.

폴링과 인터럽트 비교

폴링
- CPU가 반복해서 장치 상태를 확인
인터럽트
- 장치가 필요한 순간 CPU에 알림
기다리는 동안 CPU는 다른 작업을 수행할 수 있음.

DMA

Direct Memory Access
장치와 RAM 사이의 대량 데이터 전송을 CPU가 매번 직접 복사하지 않고 처리하도록 하는 방식
CPU가 전송을 설정하면 DMA가 장치 ↔ RAM 사이의 데이터 이동을 담당함.
대량 데이터 전송에서 CPU의 반복 복사 부담을 줄일 수 있음.

입출력 속도 차이

CPU와 입출력 장치는 처리 속도가 서로 다름.
운영체제는 속도 차이를 조정하기 위해 여러 방법을 사용함.
버퍼링
- 데이터를 임시 공간에 모아 처리
캐싱
- 자주 사용하는 데이터를 빠른 저장 공간에 보관
스풀링
- 장치가 처리할 작업을 대기열에 저장하여 순서대로 처리

프린터와 스풀링

여러 인쇄 요청이 들어오면 운영체제가 인쇄 작업을 대기열에 저장함.
프린터가 한 작업씩 순서대로 처리함.
프로그램은 인쇄가 모두 끝날 때까지 계속 기다리지 않고 다른 작업을 수행할 수 있음.

인쇄 과정

인쇄 버튼
대기열 등록
드라이버 변환
프린터 전송
출력 완료

장치 문제 진단

장치
연결
인식
대기열
드라이버
순서로 확인하여 문제가 발생한 위치를 찾을 수 있음.

2-1. 파일과 폴더 그리고 경로

파일(File)

데이터를 저장장치에 저장하기 위한 기본 단위
파일 이름과 파일에 저장된 실제 데이터로 구성됨.
문서, 사진, 음악, 프로그램 등 다양한 데이터를 파일로 저장함.

폴더(Folder)

파일과 다른 폴더를 분류하고 정리하기 위한 공간
하나의 폴더 안에 여러 파일과 하위 폴더를 둘 수 있음.

폴더 트리

폴더 안에 다른 폴더가 포함되는 계층 구조
예시
- 학기
  - 과목
    - 주차
      - 과제.txt
자료가 많아질수록 일정한 계층 구조를 사용하는 것이 관리에 유리함. ![alt](

파일이나 폴더가 저장된 위치를 나타내는 표현
폴더를 순서대로 따라가면서 원하는 파일의 위치를 나타냄.
같은 이름의 파일이라도 서로 다른 폴더에 존재할 수 있으므로 경로를 통해 구분할 수 있음.

절대 경로

파일의 위치를 최상위 위치부터 모두 표시하는 방법
현재 작업 위치와 관계없이 같은 파일을 가리킴.
예시
- Windows: C:\Users\학생\Documents\과제.txt
- Linux: /home/student/Documents/과제.txt

상대 경로

현재 위치를 기준으로 파일이나 폴더의 위치를 나타내는 방법
현재 작업 위치에 따라 같은 상대 경로가 다른 파일을 가리킬 수 있음.
예시
- ./과제.txt
- ../자료/과제.txt

경로에서 사용하는 표현

. → 현재 폴더
.. → 상위 폴더
Windows는 일반적으로 \를 경로 구분자로 사용
Linux/macOS는 /를 경로 구분자로 사용

파일 이름과 확장자

파일 이름 뒤의 확장자는 파일의 종류를 구분하는 데 사용됨.
예시
- .txt → 텍스트
- .jpg → 이미지
- .mp3 → 음악
- .mp4 → 영상
- .exe → 실행 파일
확장자만 변경한다고 실제 파일 형식이 변하는 것은 아님.

2-2. 파일 시스템

파일 시스템(File System)

저장장치에 파일과 폴더를 저장하고 관리하기 위한 운영체제의 규칙과 구조
파일의 이름, 위치, 크기, 권한 등의 정보를 관리함.
운영체제가 저장장치의 데이터를 파일과 폴더 형태로 사용할 수 있도록 함.

파일 시스템의 역할

파일 생성과 삭제
파일 읽기와 쓰기
폴더 구조 관리
저장 공간 관리
파일 위치 관리
파일 권한 관리

파일의 메타데이터

파일 자체의 내용이 아니라 파일을 관리하기 위한 정보
예시
- 파일 이름
- 파일 크기
- 생성 시간
- 수정 시간
- 소유자
- 접근 권한

파일과 실제 저장 위치

사용자는 파일 이름과 경로를 이용하여 파일에 접근함.
운영체제와 파일 시스템은 해당 파일의 실제 데이터가 저장장치의 어느 위치에 있는지 관리함.
사용자가 저장장치의 물리적인 위치를 직접 관리할 필요가 없음.

대표적인 파일 시스템

NTFS
- Windows에서 주로 사용
FAT32
- 다양한 운영체제와 장치에서 높은 호환성을 가짐.
exFAT
- USB 메모리나 외장 저장장치 등에 많이 사용
ext4
- Linux에서 널리 사용

파일 시스템 선택

저장장치의 사용 목적에 따라 적절한 파일 시스템이 달라질 수 있음.
고려할 요소
- 운영체제 호환성
- 파일 크기
- 저장장치 크기
- 권한 및 보안 기능

2-3. 파일 읽기와 쓰기

파일 접근

프로그램이 파일을 사용하려면 운영체제에 파일 접근을 요청함.
응용 프로그램이 저장장치를 직접 제어하는 것이 아니라 운영체제를 통해 접근함.

파일 열기

프로그램이 파일의 경로와 원하는 작업을 운영체제에 전달함.
운영체제가 파일의 존재 여부와 접근 권한 등을 확인함.
문제가 없다면 프로그램이 파일을 사용할 수 있도록 함.

파일 읽기 과정

프로그램에서 파일 읽기 요청
운영체제가 파일 시스템에 요청
파일 시스템이 데이터 위치 확인
저장장치에서 데이터 읽기
메모리로 데이터 전달
프로그램이 데이터 사용

파일 쓰기 과정

프로그램에서 저장 요청
운영체제가 데이터를 전달받음.
파일 시스템이 저장할 위치를 결정함.
저장장치에 데이터 기록
파일 크기와 수정 시간 등의 메타데이터 갱신

버퍼(Buffer)

데이터를 바로 장치에 전달하지 않고 메모리에 임시로 모아두는 공간
작은 데이터를 매번 저장장치에 기록하는 것보다 여러 데이터를 모아서 처리하면 효율적일 수 있음.

캐시(Cache)

자주 사용하는 파일 데이터를 메모리에 보관하여 저장장치에 반복적으로 접근하는 횟수를 줄임.
같은 데이터를 다시 사용할 때 빠르게 접근할 수 있음.

안전한 제거

USB 등의 저장장치에 대한 쓰기 작업이 아직 끝나지 않았을 수 있음.
안전한 제거를 사용하면 남아 있는 쓰기 작업을 완료한 후 장치를 분리할 수 있음.
기록 중 장치를 갑자기 제거하면 데이터 손상이나 파일 시스템 오류가 발생할 수 있음.

2-4. 파일 권한과 보안

파일 권한

어떤 사용자나 프로그램이 파일에 어떤 작업을 할 수 있는지 정하는 규칙
운영체제가 파일과 폴더에 대한 접근을 통제함.

기본 권한

읽기(Read)
- 파일의 내용을 확인할 수 있는 권한
쓰기(Write)
- 파일의 내용을 수정할 수 있는 권한
실행(Execute)
- 프로그램이나 파일을 실행할 수 있는 권한

사용자와 권한

운영체제는 사용자 계정을 구분하여 각 사용자에게 서로 다른 권한을 부여할 수 있음.
모든 사용자가 모든 파일에 접근할 수 있도록 하면 중요한 데이터가 변경되거나 삭제될 위험이 있음.

최소 권한 원칙

사용자나 프로그램에는 작업을 수행하는 데 필요한 최소한의 권한만 부여하는 것이 안전함.
필요 이상의 관리자 권한을 사용하면 문제가 발생했을 때 피해 범위가 커질 수 있음.

관리자 권한

시스템 설정 변경이나 중요한 파일 수정 등 일반 사용자보다 많은 작업을 수행할 수 있음.
강력한 권한을 가지므로 필요한 경우에만 사용하는 것이 안전함.

권한과 시스템 보호

일반 프로그램이 운영체제의 중요한 영역을 마음대로 수정하지 못하도록 제한
사용자별 파일 접근 제한
시스템 파일 보호
허용되지 않은 프로그램의 접근 제한

2-5. 삭제와 복구

파일 삭제

파일을 삭제했다고 해서 저장장치에서 데이터가 항상 즉시 완전히 사라지는 것은 아님.
운영체제와 파일 시스템은 해당 파일이 사용하던 공간을 다시 사용할 수 있는 공간으로 표시할 수 있음.

휴지통

일반적인 파일 삭제에서는 파일을 바로 완전히 제거하지 않고 휴지통으로 이동할 수 있음.
사용자가 실수로 삭제한 파일을 복원할 수 있도록 함.

영구 삭제

휴지통을 거치지 않고 삭제하거나 휴지통을 비우면 일반적인 방법으로 복원하기 어려워짐.
그러나 저장 공간이 새로운 데이터로 덮어쓰이지 않았다면 복구 프로그램으로 일부 데이터를 복구할 가능성이 있을 수 있음.

덮어쓰기

삭제된 파일이 사용하던 저장 공간에 새로운 데이터가 기록되는 것
덮어쓰기가 진행될수록 기존 데이터의 복구 가능성이 낮아짐.

삭제 후 주의할 점

중요한 파일을 실수로 삭제했다면 해당 저장장치의 사용을 가능한 한 줄이는 것이 중요함.
새로운 파일을 계속 저장하면 삭제된 데이터 영역이 덮어써질 수 있음.

백업

중요한 데이터를 다른 저장장치나 위치에 복사하여 보관하는 것
파일 손상, 실수로 인한 삭제, 저장장치 고장 등에 대비할 수 있음.

3-1. 사용자 계정과 인증

사용자 계정

운영체제가 사용자를 구분하기 위한 정보
사용자마다 자신의 파일, 설정, 권한 등을 가질 수 있음.

인증(Authentication)

현재 접근하려는 사람이 실제 해당 계정의 사용자인지 확인하는 과정
예시
- 비밀번호
- PIN
- 지문
- 얼굴 인식

인증과 권한

인증
- 사용자가 누구인지 확인
권한
- 인증된 사용자가 무엇을 할 수 있는지 결정
로그인했다고 해서 모든 작업을 수행할 수 있는 것은 아님.

일반 사용자와 관리자

일반 사용자
- 일상적인 프로그램 실행과 파일 작업 등을 수행
- 시스템 전체에 영향을 주는 작업은 제한될 수 있음.
관리자
- 프로그램 설치
- 시스템 설정 변경
- 사용자 관리
- 중요한 시스템 작업 등을 수행할 수 있음.

계정 분리

여러 사용자가 같은 컴퓨터를 사용하더라도 계정을 분리하면 각 사용자의 파일과 설정을 구분하여 관리할 수 있음.
사용자별 접근 권한을 다르게 설정할 수 있음.

3-2. 운영체제와 보안

운영체제 보안

운영체제는 프로그램과 사용자가 시스템 자원에 접근하는 것을 통제함.
중요한 시스템 자원이 임의로 변경되는 것을 방지함.

보호해야 하는 자원

CPU
메모리
파일
장치
사용자 정보
시스템 설정

프로세스 격리

각 프로세스가 독립적인 메모리 공간을 사용하도록 관리함.
한 프로그램이 다른 프로그램의 메모리를 임의로 읽거나 수정하는 것을 제한함.
프로그램 오류가 시스템 전체로 확산되는 것을 줄임.

권한 검사

파일이나 장치 등에 접근할 때 해당 작업을 수행할 권한이 있는지 운영체제가 확인함.
권한이 없다면 접근을 거부함.

사용자 모드와 커널 모드

일반 응용 프로그램은 제한된 사용자 모드에서 실행됨.
중요한 시스템 기능은 높은 권한을 가진 커널 모드에서 실행됨.
프로그램은 필요한 기능을 시스템 호출을 통해 운영체제에 요청함. ![alt](

운영체제와 프로그램에서 발견된 오류와 보안 취약점을 수정하기 위해 업데이트를 제공함.
오래된 운영체제를 계속 사용하면 알려진 보안 문제에 노출될 가능성이 커질 수 있음.

안전한 사용

운영체제와 프로그램을 최신 상태로 유지
필요한 경우에만 관리자 권한 사용
출처를 알 수 없는 프로그램 실행 주의
중요한 데이터 백업
계정과 파일의 접근 권한 확인

3-3. 운영체제 문제 진단

문제 진단

컴퓨터가 느리거나 프로그램이 정상적으로 동작하지 않을 때 원인을 단계적으로 확인해야 함.
무조건 재설치하거나 파일을 삭제하기보다 문제 발생 위치를 먼저 파악하는 것이 중요함.

시스템이 느릴 때 확인할 요소

CPU 사용률
메모리 사용률
저장장치 사용률
실행 중인 프로세스
시작 프로그램
네트워크 사용량

CPU 사용률이 높은 경우

특정 프로그램이 CPU를 지나치게 사용하고 있는지 확인
불필요한 프로그램 종료
백그라운드 작업 확인

메모리가 부족한 경우

많은 프로그램이나 브라우저 탭이 실행되고 있는지 확인
RAM 사용량 확인
스왑이나 페이지 교체가 과도하게 발생하는지 확인
불필요한 프로그램 종료

저장장치가 느린 경우

저장장치 사용률 확인
파일 복사나 업데이트 등의 작업 확인
저장 공간 부족 여부 확인

프로그램이 응답하지 않는 경우

CPU를 계속 사용하고 있는지 확인
입출력 작업을 기다리고 있는지 확인
메모리 부족 여부 확인
필요한 경우 프로그램 종료 후 다시 실행

장치가 동작하지 않는 경우

장치 연결 확인
운영체제의 장치 인식 여부 확인
드라이버 상태 확인
작업 대기열 확인
장치 자체의 문제 확인

문제 진단의 기본 원칙

증상 확인
어떤 자원이 부족하거나 문제가 있는지 확인
원인 후보를 좁힘.
한 번에 하나씩 변경
변경 후 결과 확인
필요하면 원래 설정으로 복구

3-4. 운영체제와 자원 관리 종합

alt 운영체제의 핵심 역할

운영체제는 컴퓨터의 여러 자원을 관리하고 응용 프로그램이 안전하게 사용할 수 있도록 중재함.

CPU 관리

여러 프로세스에 CPU 시간을 배분
스케줄링
문맥 교환
멀티태스킹 지원

메모리 관리

프로세스별 메모리 공간 제공
가상 메모리 관리
페이지와 페이지 테이블 관리
메모리 보호
RAM 부족 시 페이지 교체와 스왑 수행

파일 관리

파일과 폴더 관리
경로 관리
파일 시스템을 이용한 저장 공간 관리
읽기와 쓰기
접근 권한 관리

장치 관리

장치 드라이버를 이용하여 하드웨어 제어
인터럽트와 DMA 등을 이용하여 효율적으로 입출력 처리
버퍼링, 캐싱, 스풀링 등을 이용하여 장치 간 속도 차이를 조정

보안 관리

사용자 인증
접근 권한 확인
사용자 모드와 커널 모드 분리
프로세스와 메모리 보호
중요한 시스템 자원 보호

운영체제가 없다면

프로그램이 CPU 사용을 직접 조정해야 함.
프로그램이 메모리 위치를 직접 관리해야 함.
각 프로그램이 장치마다 서로 다른 제어 방법을 구현해야 함.
파일 저장 구조와 접근 권한도 직접 처리해야 함.
여러 프로그램을 동시에 안전하게 실행하기 어려워짐.

운영체제의 의미

단순히 프로그램을 실행하는 소프트웨어가 아니라 CPU, 메모리, 저장장치, 파일, 입출력장치 등의 자원을 통합적으로 관리하는 핵심 시스템 소프트웨어
하드웨어의 복잡한 세부 사항을 응용 프로그램에서 직접 처리하지 않아도 되도록 공통된 사용 환경을 제공함.
여러 프로그램과 사용자가 컴퓨터의 자원을 효율적이고 안전하게 사용할 수 있도록 관리함.

확인 질문

1. 음악을 들으며 사진을 찍을 떄 OS의 역할은?

여러 작업에 CPu와 메모리 자원을 배정하고 각 작업이 충돌하지 않게 관리

2. 부팅 다섯 단계를 순서대로 배열해 보세요

펌웨어 점검 -> 부팅장치 -> 부트 로더 -> 커널 -> 로그인

3. RAM 부족부터 지연까지 화살표로 설명해 보세요

RAM 부족 -> 저장장치의 페이지 파일 사용 -> 페이지 교환 증가 -> 응답 지연

4. 인쇄 버튼부터 종이 출력까지의 경로는?

문서 앱 -> 운영체제 -> 인쇄 대기열 -> 드라이버 -> 프린터

5. 과제 파일의 경로를 설명해보세요.

학기, 과목, 주차, 과제.txt
절대경로: 최상위 위치부터 파일까지의 천제 경로
상대경로: 현재 위치를 기준으로 나타낸 경로

6. 편집본, 배포본, 표 데이터의 형식은?

편집본: 수정 가능한 원본 형식
배포본: PDF와 같은 배포용 형식
표 데이터: 표 구조에 맞는 형식을 사용

7. 자신의 과제 파일명을 규칙에 맞게 바꿔보세요

260928_컴퓨터개론_4주차_v03

8. USB 복사, 폴더 이동, 실수, 삭제를 어떻게 확인할까?

복사 - 원본과 사본이 모두 있는지 확인
이동 - 파일의 위치가 변경되었는지 확인
삭제 - 휴지통이나 삭제된 위치 확인

9. 이름 모르는 지난주 PDF를 찾는 세 조건은?

파일 형식(PDF), 수정 날짜, 파일 크기

10. 팀 과제 폴더의 대상별 권한 정하기

팀원: 읽고 쓰기
뷰어: 읽기

11. 새 앱 설치 전 다섯 가지 점검은?

출처 및 게시자, 요청 권한, 부가프로그램, 저장공간, 호환성

12. 과제 폴더의 3-2-1 계획을 그려 보세요.

원본 1개 복사본 2개 총 3개의 파일을 2개의 저장 매체에 각각 1개씩 저장.

13.멈춤부터 안전한 해결까지 순서를 말해 보세요.

증상 확인 후 CPU, 메모리, 디스크, 네트워크 사용량 확인 -> 문제를 일으키는 프로세스 확인 - > 안전하게 종료(필요시)