Chapter 09 | 운영체제 시작하기

운영체제 : 실행할 프로그램에 필요한 자원을 할당하고, 프로그램이 올바르게 실행되도록 돕는 특별한 프로그램
- 커널 영역이라는 공간에 따로 적재되어 실행됨
- 응용 프로그램과 하드웨어 사이에서 응용 프로그램에 필요한 자원을 할당하고, 응용 프로그램이 올바르게 실행되도록 관리하는 역할을 담당함
- 응용 프로그램이 CPU, 메모리, 하드 디스크 등에 마음대로 접근하고 조작할 수 있다면 컴퓨터 전체에 큰 악영향을 끼칠 수 있음
  
  ⇒ 운영체제가 이중 모드를 사용하여 문지기처럼 응용 프로그램의 요청을 받고, 작업을 대신 수행해줌
- 이중모드 : CPU가 명령어를 실행하는 모드를 사용자 모드와 커널 모드로 구분하는 방식임
  - 사용자 모드 : 운영체제 서비스를 제공받을 수 없는 실행 모드 (커널 영역의 코드 실행 불가)
  - 커널 모드 : 운영체제 서비스를 제공받을 수 있는 실행 모드 (커널 영역의 코드 실행 가능)
- 시스템 호출 : 운영체제 서비스를 제공받기 위해 커널 모드로 전환하는 방법
  - 소프트웨어 인터럽트 : 인터럽트를 발생시키는 특정 명령어에 의해 발생되는 인터럽트
- 운영체제가 지원하는 핵심 서비스
  - 자원 접근 및 할당(CPU, 메모리, 입출력장치)
  - 파일 시스템 관리
확인 문제 (p.267)
커널 : 운영체제의 핵심 서비스를 담당하는 부분
사용자 인터페이스 : 운영체제가 제공하는 서비스 중 커널에 포함되지 않는 서비스
- 그래픽 유저 인터페이스(GUI) : 그래픽을 기반으로 컴퓨터와 상호작용할 수 있는 인터페이스
- 커맨드 라인 인터페이스(CLI) : 명령어를 기반으로 컴퓨터와 상호작용할 수 있는 인터페이스
가상 머신 : 소프트웨어적으로 만들어낸 가상 컴퓨터로 두 가지 모드 이상을 지원함
- 가상 머신 또한 응용 프로그램이기 때문에 사용자 모드로 동작하여 운영체제 서비스를 제공받기 어려움
  
  ⇒ 이런 경우를 위해 하이퍼바이저 모드를 둬서 가상 머신에 설치된 운영체제로부터 운영체제 서비스를 받고록 함
확인 문제 (p.281)

Chapter 10 | 프로세스와 스레드

프로세스 : 실행 중인 프로그램
- 포그라운드 프로세스 : 사용자가 보는 앞에서 실행되는 프로세스
- 백그라운드 프로세스 : 사용자가 보지 못하는 뒤편에서 실행되는 프로세스
  - 사용자와 직접 상호작용 할 수 있는 프로세스
  - 사용자와 상호작용하지 않고 정해진 일만 수행하는 프로세스 : 데몬(유닉스), 서비스(윈도우)
PCB : 프로세스 제어 블록으로 프로세스의 실행 순서를 관리하고, CPU를 비롯한 자원을 배분하는 데 사용됨
- 프로세스 생성 시에 만들어지고 실행이 끝나면 폐기됨
  
  ⇒ 새로운 프로세스가 생성되었다. == 운영체제가 PCB를 생성했다.
  
  ⇒ 프로세스가 종료되었다. == 운영체제가 해당 PCB를 폐기했다,
- 커널 영역에 생성됨
- PCB에 담기는 정보
  - 프로세스 ID (PID) : 특정 프로세스를 식별하기 위해 부여하는 고유한 번호
    - 같은 프로그램도 두 번 실행하면 PID가 다른 두 개의 프로세스가 생성됨
  - 레지스터 값 : 해당 프로세스가 실행하며 사용했던 프로그램 카운터를 비롯한 레지스터 값
  - 프로세스 상태 : 현재 프로세스의 상태
  - CPU 스케줄링 정보 : 프로세스가 언제, 어떤 순서로 CPU를 할당받을지에 대한 정보
  - 메모리 관리 정보 : 베이스 레지스터, 한계 레지스터, 페이지 테이블 정보
  - 사용자 파일과 입출력장치 목록 : 어떤 입출력장치가 이 프로세스에 할당되었는지, 어떤 파일들을 열었는지에 대한 정보
문맥 교환 : 기존 프로세스의 문맥을 PCB에 백업하고, 새로운 프로세스를 실행하기 위해 문맥을 PCB로부터 복구하여 새로운 프로세스를 실행하는 것
- 문맥 : 하나의 프로세스 수행을 재개하기 위해 기억해야 할 정보
- 하나의 프로세스 문맥은 해당 프로세스의 PCB에 표현되어 있음
프로세스의 메모리 영역

[정적 할당 영역]
- 코드 영역(텍스트 영역) : 기계어로 이루어진 명령어가 저장됨 (읽기 전용 공간)
- 데이터 영역 : 프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터가 저장되는 공간
[동적 할당 영역]
- 힙 영역 : 프로그래머가 직접 할당할 수 있는 저장 공간
  - 메모리를 다 사용한 후에는 메모리 공간을 반환해야 함
  - 메모리 공간을 반환하지 않는 경우 메모리 누수가 발생될 수 있음
  - 메모리의 낮은 주소에서 높은 주소로 할당됨
- 스택 영역 : 데이터를 일시적으로 저장하는 공간
  - 메모리의 높은 주소에서 낮은 주소로 할당됨
확인 문제 (p.295)
프로세스 상태
- 생성 상태 : 프로세스를 생성 중인 상태
- 준비 상태(디스패치) : CPU를 할당받아 실행할 수 있지만 자신의 차례가 아니기에 기다리는 상태
- 실행 상태 : CPU를 할당받아 실행 중인 상태
  - 타이머 인터럽트가 발생하면 다시 준비 상태가 됨
  - 실행 도중 입출력장치를 사용하여 입출력 장치의 작업이 끝날 때까지 기다려야 한다면 대기 상태가 됨
- 대기 상태 : 입출력장치의 작업을 기다리는 상태
- 종료 상태 : 프로세스가 종료된 상태
프로세스 계층 구조
- 부모 프로세스 : 새 프로세스를 생성한 프로세스
- 자식 프로세스 : 부모 프로세스에 의해 생성된 프로세스
  
  ⇒ 부모 프로세스와 자식 프로세스는 서로 다른 PID를 가짐
프로세스 생성 기법
- fork : 프로세스의 복사본을 자식 프로세스로 생성하는 시스템 호출
- exec : 메모리 공간을 새로운 프로그램으로 덮어쓰는 시스템 호출
확인 문제 (p.304 ~ 305)
스레드 : 프로세스를 구성하는 실행의 흐름 단위
- 하나의 프로세스는 여러 개의 스레드를 가질 수 있음
- 스레드를 이용하면 하나의 프로세스에서 여러 부분을 동시에 실행할 수 있음
- 단일 스레드 프로세스 : 실행의 흐름 단위가 하나인 프로세스
- 멀티 스레드 프로세스 : 한 번에 여러 일을 동시에 처리하는 프로세스
- 스레드끼리는 프로세스 내의 자원을 공유함
  
  ⇒ 하나의 스레드에 문제가 생기면 프로세스 전체에 문제가 생길 수 있음