컴퓨터개론 4주차 - yulha1128000-cyber/qqwi GitHub Wiki

1-1. 운영체제는 무엇을 하는가?

오늘의 질문

Q. 누가 컴퓨터 전체를 조정할까? A. 운영체제가 CPU, 메모리, 파일, 입출력장치 등의 컴퓨터 자원을 관리하고 사용자와 하드웨어 사이에서 공통 서비스를 제공한다

운영체제의 위치

운영체제

사용자의 앱과 하드웨어 사이에서 컴퓨터 자원을 관리하고 공통 서비스를 재용하는 핵심 시스템 소프트웨어
안전한 접근이 중요
제한된 정보를 충돌없이 사용하고 필요한 정보를 찾고 문제가 생겼을 때 복구

네 가지 관리

컴퓨터의 중요한 자원: CPU, 메모리, 파일, 입출력장치
사용자 인터페이스 재용
하드웨어를 안전하고 일관된 방식으로 사용하게 함
정보나 자원이 부족할 때 오류를 기록, 순서 저장
백업 상태 확인

멀티태스킹 사례

여러 작업의 CPU자원과 메모리를 나눔
클라우드의 저장위치, 복구 방법이 다를 수 있음

오해 바로잡기

운영체제는 자원 관리와 보호가 목적임
화면에 보이는 결과는 비슷하더라도 내부 동작, 위험성은 다름

확인질문 Q. 음악을 들으며 사진을 찍을 때 OS의 역할은? A.여러 작업에 CPU와 메모리 자원을 나누어 배정하고 각 작업이 충돌 없이 실행되도록 관리한다.

1-2. 컴퓨터의 시작과 부팅

오늘의 질문 Q. 전원부터 로그인까지 무슨 일이 일어날까? A. BIOS가 실행되어 하드웨어를 점검하고 초기화한 후에 부팅장치를 찾아 부트 로더가 운영체제를 RAM에 적재하고 커널이 실행된 뒤 로그인 화면이 나타난다
부팅 순서

BIOS 실행

펌웨어 점검(하드웨어 초기화, 오류 찾기)-> 부팅장치-> 부트 로더(운영체제를 RAM에 적재)-> 커널(운영체제 핵심 부분)-> 로그인

메모리 적재: SSD에 있는 메모리-> RAM에 탑재-> CPU실행
느린 시작 원인: 저장장치, 자동시작 앱, 업데이트, 장치 초기화
오해 바로잡기: SSD에서 바로 실행하는 것이 아닌 RAM에 적재 후 실행
확인 질문 Q. 부팅 다섯 단계를 순서대로 배열해 보세요. A. 펌웨어 점검-> 부팅장치-> 부트 로더-> 커널-> 로그인

1-3. 프로세스와 멀티태스킹

오늘의 질문 Q. 여러 앱은 어떻게 동시에 움직일까? A. 운영체제의 스케줄러가 여러 프로세스에 CPU 시간을 나누어 배정하고 문맥 교환을 통해 작업을 번갈아 실행한다.
프로그램과 프로세스

저장된 프로그램 파일-> 실행-> 프로세스
프로세스: 프로그램을 실행했을 떄 프로그램의 인스턴스 ex) 코드, 데이터, 점유하고 있는 메모리 공간, 실행 상태

CPU 스케줄링

CPU: 프로세스 여러 개 수행 (멀티태스킹)
CPU의 스케줄러를 사용
CPU안의 여러 코어가 동작

문맥 교환: 상태 저장-> 다음 작업 실행-> 상태 복원
여러 코어

한 코어: 빠른 문맥 전환 필요
여러 코어: 각 CPU가 하나의 시스템만 돌리면 되기에 문맥 전활 필요X

확인 질문 Q. 브라우저 창 여러 개에 CPU시간을 어떻게 나눌까? A. CPU 스케줄러가 각 프로세스에 짧은 시간씩 CPU를 배정하여 번갈아 실행한다

1-4. 운영체제의 메모리 관리

오늘의 질문 Q. 앱을 많이 열면 왜 느려질까? A. RAM이 부족해지면 저장장치의 페이지 파일을 사용하게 되고 RAM과 저장장치 사이의 데이터 교환이 잦아져 응답 속도가 느려진다
프로세스별 공간

메모리 관리: 운영체제가 각 프로세스 별로 RAM 공간에 프로세스 A, B, C를 할당하는 것

가상 메모리 흐름: RAM 부족-> 저장장치 페이지 파일-> 잦은 교환-> 응답 지연
관찰 지표

메모리 관리: 자원이 제한되있을 떄 충동 없이 사용, 필요한 정보 찾기, 문제 생길 떄 복구
저장장치는 RAM보다 느림
메모리가 부족 시 CPU가 여러 개의 프로세스를 처리하고 디스크 사용률이 높아지기에 속도가 느려짐

오해 바로잡기

가상 메모리: 용량 부족 보완
비슷하게 나타나지만 내부 동작은 다를 수 있음

확인 질문 Q. RAM 부족부터 지연까지 화살표로 설명해보세요. A. RAM 부족-> 저장장치의 페이지 파일 사용-> 페이지 교환 증가-> 응답 지연

1-5. 장치 드라이버와 입출력 관리

오늘의 질문 Q. 새 프린터를 어떻게 사용할까? A. 운영체제가 프린터를 감지하고 식별한 뒤 적절한 드라이버를 선택하여 설정한다
드라이버의 역할

드라이버: PC가 이해할 수 있는 명령으로 변환해주는 소프트웨어

플러그 앤 플레이: 장치 감지-> 식별-> 드라이버 선택-> 설정
인쇄 흐름: 문서앱-> 운영체제-> 인쇄 대기열-> 드라이버-> 프린터
주의사항: 운영체제 또는 모델에 맞는 드라이버를 설치하는 것이 중요함
확인 질문: Q. 인쇄 버튼부터 종이 출력까지의 경로는? A. 문서 앱-> 운영체제-> 인쇄 대기열-> 드라이버-> 프린터

심화학습 1-1. 운영체제는 무엇을 하는가?

오늘의 질문 Q. 여러 프로그램은 어떻게 안전하게 동시에 실행할까? A.사용자 모드와 커널 모드를 구분하고, 시스템 호출을 통해 필요한 기능만 사용하도록 하며 프로세스를 격리하고 권한을 제한함
사용자 모드와 커널 모드

사용자 모드: 권한 제한, 디스크나 하드웨어를 맘대로 제어할 수 있음
시스템 호츌: 제한된 앱이 보호된 운영체제를 사용하는 공식적인 통로
커널 모드: 높은 권한, 권한과 상태를 확인 후 드라이브에 맡김

사용자 모드-> 시스템 호출-> 커널 모드-> 하드웨어

프로세스 스케줄링

프로세스: 실행중인 프로그램

준비: 프로세스가 CPU를 사용할 차례를 기다림
실행: 실제로 명령을 처리
대기: 네트워크 응답을 기다림

스케줄러: 작업이 많을 떄 짧은 시간에 작업을 번갈아 배정

가상 메모리: 메모리 충동이 생기지 않도록 하는 보호 장치

페이지 테이블: 실제 메모리 주소와 가상 주소 공간의 메모리 주소를 매핑함, 일정한 단위(페이지)로 관리

파일과 입출력

장치: 하드디스크와 같은 저장장치, 입출력 장치
앱-> 시스템호출-> 파일시스템-> 드라이버-> 장치
인터럽트: 장치가 보내는 완료 신호

보호와 안정성

프로세스 격리
사용자와 파일 마다 읽기, 스기, 실행 권한 구분
최소 권한 (필요한 권한)
오류 복구: 오류 시 운영체제가 해당 프로세스를 종류하고 사용하던 메모리나 파일 등의 자원 회수

심화학습 1-2. 컴퓨터의 시작과 부팅

오늘의 질문 Q. 운영체제가 없는 순간 컴퓨터는 무엇을 먼저 실행할까? A.CPU가 메인보드의 플래시 메모리에 저장된 명령어 번지를 읽고 UEFI를 실행하고 이후 POST로 하드웨어를 점검한다
전원, UEFI, POST

전원
CPU 첫 명령: 명령어 번지(메인보드의 플래시 메모리에 저장됌) 읽음
UEFI: 하드웨어와 운영체제 사이의 다리 역할
POST: 자체 진단

전원-> CPU 첫 명령-> UEFI-> POST

부팅 장치와 부트 로더

UEFI: SSD, USB 중 부팅할 장치를 고름
부트 스트랩: UEFI 실행-> 부트 로더 찾음-> 커널 찾음 / 단계

부팅 순서-> SSD, USB, 네트워크-> EFI 시스템 파티션-> 부트 로더

커널 적재와 초기화

서비스, 로그인

커널 준비
시스템 서비스: 네트워크, 그래픽, 오디오, 보안 프로그램 등 준비
로그인

보안과 복구

uefi: 부트 로더에서 디지털 서명을 확인, 검증된 커널인지 확인
부팅 실패시

안전 모드: 최소한의 드라이버, 서비스만 실행해서 문제 원인을 좁

복구 환경: 업데이트, 시동 복구, 시스템 복원 제거

심화학습 1-3. 프로세스와 멀티태스킹

오늘의 질문 Q. CPU보다 많은 작업은 어떻게 함께 진행될까? A. 운영체제가 타임 슬라이스를 이용해 여러 프로세스에 CPU를 번갈아 배정하고 문맥 교환을 통해 각 작업의 상태를 저장하고 복원
프로세스와 스레드

프로그램: 명령과 데이터의 집합, 실행되기를 기다림
프로세스
스레드: 프로세스 안에서 CPU의 작업 흐름, 각자 실행되는 위치가 다름

상태 전이와 큐

준비: CPU를 기다림
실행: CPU에서 명령을 실행
대기: 파일이나 네트워크 결과를 기다림
큐: 데이터 구조, 먼저 저장한게 먼저 나감(선입선출)
스텍: 나중에 저장한게 먼저 나감

선점과 문맥 교환

선점형(대부분 사용): 운영체제가 중간에 멈추고 다른 프로세스에 CPU 할당
비선점형: 하나의 프로세스가 CPU를 계속 점령
타임 슬라이스: 할당된 조각
인터럽트: 운영체제가 A작업을 끝내고 B작업을 시작
프로그램 카운터(PC): 다음 주소의 메모리 번지가 들어있음
문맥 교환: 상태 복원

동시성과 병렬성

동시성: 번갈아 진행, 하나의 CPU가 작업
병렬성: 동시에 실행, 세게의 CPU가 각 작업을 맡아서 진행

공유 자원과 동기화

여러 스레드는 프로세스의 메모리를 공유-> 빠르게 협력 가능

실행 순서에 따라 결과가 다를 수 있음

교착 상태: 상대방의 자원을 기다리면서 멈춤
스케쥴러: CPU의 시간을 나눔

Q. 브라우저 작업의 CPU시간은 어떻게 나눌까? A. 스케줄러가 각 작업에 짧은 시간씩 CPU를 배정하고ㅍ타임 슬라이스가 끝나면 다른 작업으로 전환

심화 학습 1-4. 운영체제의 메모리 관리

오늘의 질문 Q. 앱의 주소는 RAM의 어디로 연결할까? A. 앱이 사용하는 가상 주소를 MMU가 페이지 테이블을 이용해 실제 RAM의 물리 주소로 변환
가상 주소와 물리 주소

가상 주소: 프로그램이 실제로 사용
물리 주소: 실제 RAM에 부여된 주소
페이지: 공간을 조각으로 나눔
프레임: RAM에서 조각으로 나눔
MMU: 가상 페이지 번호를 실제 프레임 주소로 바꿈

페이지 테이블과 TLB

캐시: 자주 쓰는 명령이나 데이터를 저장
TLB: 가상 주소와 물리 주소의 변환 정보만 저장

페이지 부재 처리: 주소 접근-> RAM에 없음(페이지 부재)-> 빈 프레임 확보-> 저장장치에서 읽기-> 표 갱신-> 명령 재실행
교체, 스왑, 스레싱: RAM부족-> 페이지 교체-> 스왑 증가-> 디스크 활동 증가-> 응답 지연

페이지 교체: 빈 프레임이 없을 기존 페이지 하나를 선택해서 내보냄
스왑: RAM에 있는 내용을 저장장치의 교환 공간으로 옮김
스레싱: RAM부족 시: 페이지를 가져오고 보내는 작업만 반복

보호와 관찰

페이지 권한: 허용되지 않은 접근을 운영체제가 차단
프로세스 격리: 효율을 위해 다른 프로세스가 같은 읽기 공유
메모리 문제 진단: 페이지 부재, 스왑, 지연 등 확인

심화학습 1-5. 장치 드라이버와 입출력 관리

오늘의 질문 Q. 인쇄 요청은 어떻게 시제 동작이 될까? A. 앱의 인쇄 요청이 운영체제를 거쳐 드라이버로 전달되고 드라이버가 장치를 제어하여 실제 인쇄가 이루어짐
입출력 계층: 앱-> 시스템 호출-> 운영체제 입출력 계층-> 드라이버-> 장치 제어기-> 장치

드라이버: 번역 소프트웨어
제어기: 실행 하드웨어

폴링과 인터럽트

장치가 일을 끝냈는지 확인하는 방식

폴링: CPU가 반복 확인(CPU 시간 낭비)
인터럽트: 작업 후 신호로 완료 알림

DMA 대량 전송

DMA: 직접 대량 데이터 전송
CPU: 어디서 얼마로 옮길지 설정함

속도 차이 조정

버퍼링: 속도 차이를 흡수하기 위해 데이터를 잠시 모음
캐싱: 다시 쓸 데이터를 보관
스풀링: 작업 요청이 대기열에 있음

인쇄와 장애 진단: 인쇄 버튼-> 대기열-> 드라이버 변환> 프린터-> 완료 알림

플러그 앤 플레이: 변화 감지 후 장치 초기화

Q. 종이가 출력될 때까지의 경로는? A.앱 -> 운영체제-> 인쇄 대기열-> 드라이버-> 제어기-> 프린터-> 종이 출력

2-1. 파일과 폴더, 경로

오늘의 질문 Q. 저장한 파일을 어떻게 다시 찾을까? A. 파일이 저장된 폴더의 위치와 경로를 확인하여 찾을 수 있다.
파일과 폴더

파일

이름을 가진 데이터
문서, 이미지, 소리, 영상 등의 데이터

폴더

파일과 다른 폴더를 계층적으로 정리한 공간
상위 폴더, 하위 폴더가 존재

폴더 트리

경로: 위치를 나타내는 주소

절대 경로

처음부터 전체 위치
디스크 드라이버의 최상위 폴더부터 전체 위치를 나타냄
C:\사용자\학생\문서\자료구조\과제.txt

상대 경로

현재 위치 기준

바로가기 주의

바로가기는 실제 파일이 아니기에 바로가기를 지워도 원본이 삭제되지 않음
원본 이동 시 바로가기를 눌러도 에러 발생

확인 질문: 학기-> 과목-> 주차-> 과제.txt Q. 과제 파일의 경로를 설명해보세요. A. 학기, 과목, 주차, 과제.txt / Q. 절대 경로와 상대 경로를 각각 설명해 보세요. A. 절대 경로는 최상위 위치부터 파일까지의 전체 경로, 상대 경로는 현재 위치를 기준으로 나타낸 경로이다. / Q. 현재 위치가 '주차' 폴더라면 상대 경로는 무엇일까요? A. 현재 위치가 주차 폴더이므로 해당 폴더 안의 과제.txt이다

2-2. 파일 확장자와 형식

오늘의 질문 Q. .txt .jpg .pdf는 왜 필요할까? A.파일의 종류와 내부 데이터 형식을 구분하고 어떤 프로그램으로 열 것인지 결정하는 데 사용됌
확장자와 내부 형식

확장자: 이름 표시
형식: 데이터 구조, 파일 내부에 들어있음

기본 앱 연결

이름 변경과 변환: 이름만 변경하는 것이 아닌 변환 프로그램으로 구조를 변경
보안 주의: .exe: 실행 파일로 열림
확인 질문 Q. 편집본, 배포본, 표 데이터의 형식은? A. 편집본은 수정 가능한 원본 형식, 배포본은 PDF와 같은 배포용 형식, 표 데이터는 표 구조에 맞는 형식을 사용한다.

2-3. 좋은 파일명과 버전 관리

오늘의 질문 Q. 진짜 최종2는 왜 위험할까? A. 파일의 정확한 상태와 버전을 알기 어렵기 때문에 어떤 파일이 최신인지 혼동가능
파일명 4요소: 날짜 + 과목 + 주제 + 버전
좋은 예

버전 흐름

v1: 아이디어 정리, 기본 내용
v2: 검토, 피드백 반영, 내용 보완
v3: 최종 점검 후 제출하는 버전

피해야 할 이름: 최종, 진짜최종, 새 문서 등 모호한 이름
확인 질문 Q. 자신의 과제 파일명을 규칙에 맞게 바꿔 보세요. A. 202610071_컴퓨터개론_파일관리_v3

2-4. 복사 이동 삭제와 휴지통

오늘의 질문 Q. 복사와 이동은 어떻게 다를까? A. 복사는 원본을 유지하면서 다른 위치에 사본을 만들고 이동은 파일의 위치를 변경
복사: 원본 유지+새 위치에 사본
이동

같은 드라이브: 드라이브는 그대로, 폴더 위치만 변경
다른 드라이브: 드라이브가 달라져도 파일이 이동은 하지만 드라이브에 그대로 남음

삭제와 휴지통

삭제-> 휴지통-> 복원, 비우기
즉시 삭제: USB, SD카드, 일부 클라우드/모바일 등은 휴지통을 거치지 않고 즉시 삭제

오해 바로잡기: 휴지통을 비워도 특수 복구 프로그램으로 복원이 가능하기에 즉시 완전 삭제가 되지 않음
확인 질문 Q. USB 복사, 폴더 이동, 실수 삭제를 어떻게 확인할까? A. 복사는 원본과 사본이 모두 있는지 이동은 파일의 위치가 변경되었는지 삭제는 휴지통이나 삭제된 위치를 확인.

2-5. 파일 검색과 메타데이터

오늘의 질문 Q. 이름을 몰라도 파일을 찾을 수 있을까? A.파일의 형식, 크기, 수정 날짜, 작성자, 태그 등의 메타데이터를 검색 조건으로 사용하면 찾을 수 있다
메타데이터: 이름, 형식, 크기, 수정 날자, 작성자, 태그
검색 조건 결합

색인: 파일 빠른 검색 가능, 첫 번째 검색보다 두 번째 검색이 빠
주의사항: 복사 변환 시 메타데이터로 들어 있는 건 변경 가능
확인 질문 Q. 이름 모르는 지난주 PDF를 찾는 세 조건은? A.파일 형식(PDF) + 수정 날짜(지난주) + 파일 크기 등

3-1. 사용자 계정과 파일 권한

오늘의 질문 Q. 같은 PC인데 왜 어떤 파일은 열 수 없을까? A.사용자 계정에 따라 파일의 읽기, 쓰기, 실행 권한이 다르게 설정되어 있기 때문에
계정과 신원

신원: 사용자 계정을 통해 사용자인지 관리자인지 구분
사용자 계정
관리자 계정: 시스템 전체 제어 권한

세 가지 권한: 읽기, 쓰기, 실행
공유 폴더 사례

최소 권한 원칙

필요한 만큼만 허용(보안)
사용자 계정을 사용하여 불필요한 위험을 줄임

확인 질문 Q. 팀 과제 폴더의 대상별 권한을 정해 보세요. A. 필요한 사람에게 필요한 만큼의 읽기, 쓰기, 실행 권한을 부여

3-2. 프로그램 설치와 업데이트

오늘의 질문 Q. 앱은 어디에서 안전하게 설치할까? A.공식 앱 스토어나 개발자의 공식 사이트에서 설치하고, 게시자와 서명을 확인
신뢰할 출처

공식 앱 스토어: 사업자들이 사전에 검수함
개발자 공식 사이트
게시자, 서명 확인: 인증된 프로그램인지 확인해야 함

설치 전 확인: 요청 권한, 부가 프로그램, 저장 공간, 호환성
업데이트 이유

보안 결함 수정: 해커들이 기존의 취약점을 노려서 공격함
오류 수정: 시스템의 안전성을 높일 수 있음
기능 개선: 실행 속도, 연산 기능 최적화 가능

안전한 순서: 작업 저장-> 백업-> 업데이트-> 재시작-> 동작 확인
확인 질문 Q. 새 앱 설치 전 다섯 가지 점검은? A. 출처와 게시자, 서명, 요청 권한, 부가 프로그램, 저장 공간, 호환성을 확인

3-3. 백업과 동기화

오늘의 질문 Q. 클라우드 동기화 = 백업일까? A.동기화는 여러 장치의 현재 상태를 맞추는 것, 백업은 과거 시점의 복사본을 만들어 복구할 수 있도록 하는 것
차이

동기화

여러 장치의 현재 상태 맞추기
실시간 연결 상태 유지
데이터의 손실과 치명적인 오류까지 전파

백업

과거 시점에 복사본을 만들어서 복구 가능한 시점별로 복구
정상적인 과거의 특정 시점으로 되돌리기 가능

삭제 전파: 한 장치에서 삭제-> 클라우드-> 다른 장치에서도 삭제
3-2-1 원칙

3: 복사본 최소 3개(원본 1개, 백업본 2개)
2: 저장하는 매체가 최소 2개 이상 서로 다른 종류
1: 물리적으로 떨어진 장소 (자료 복구 원활히 하기 위함)

복구 시험: 백업 선택-> 복원-> 파일 열기-> 결과 확인
확인 질문 Q. 과제 폴더의 3-2-1 계획을 그려 보세요. A. 원본 1개와 백업본 2개를 포함해 최소 3개의 복사본과 서로 다른 종류의 저장매체 2개 이상에 저장하고 1개는 물리적으로 떨어진 장소에 보관함

3-4. 작업 관리자로 문제 해결

오늘의 질문 Q. 앱이 멈추면 무엇부터 볼까? A. 작업 관리자에서 CPU, 메모리, 디스크, 네트워크 사용량을 확인하여 어떤 자원이 문제를 일으키는지 확인
네 가지 지표

CPU: 컴퓨터 두뇌 연산
메모리: 현재 사용중인 프로그램의 임시 기억 공간 차지량
디스크: 데이터를 읽고 쓰는 작업이 병목 현상을 일으키는지
네트워크

진단 순서: 증상 재현-> 지속 지표 확인-> 프로세스 정렬-> 원인 후보 확인
안전한 종료: 작업 저장 확인-> 앱 종료-> 재실행-> 재발 확인
오해 바로잡기

자원 점유율이 100%가 될 떄 하드웨어가 가진 성능의 최대를 끌어올린 결과일 수 있음
지속시간, 증상, 프로세스 역학을 확인해야 함

확인 질문 Q. 멈춤부터 안전한 해결가지 순서를 말해 보세요. A. 증상 확인 후 CPU·메모리·디스크·네트워크 사용량 확인-> 문제를 일으키는 프로세스 확인-> 필요한 경우 안전하게 종료

3-5. 나만의 파일 관리 체계

오늘의 질문 Q. 학기 말에도 30초 안에 자료를 찾으려면? A. 단순한 폴더 구조를 만들고 일관된 파일명 규칙을 사용
단순한 폴더 구조: 학기-> 과목-> 주차-> 자료, 과제 (트리 구조)
일관된 파일명: 날짜_과목_주제_버전.확장자
원본과 제출본

편집 원본: 수정이 자유로움
최종 제출본: 읽기 전용 설정 가능

주간 관리 순환: 다운로드 분류-> 중복 정리-> 제출 확인-> 백업-> 복구 점검
나의 설계표

폴더 구조: 학기-> 과목-> 주차-> 과제
파일명 규칙: 날짜 + 과목 + 주제 + 버전
정리 요일: 매주 일요일
백업 위치:외장 저장장치 + 클라우드