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[정보처리기사] 응용 SW 기초 기술 활용 1

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By DayeonNam
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응용 SW 기초 기술 활용

운영체제(OS; Operating System)

  • 컴퓨터 시스템의 자원들을 효율적으로 관리하며, 사용자가 컴퓨터를 편리하고 효과적으로 사용할 수 있도록 환경을 제공하는 여러 프로그램의 모임
  • 컴퓨터 사용자와 컴퓨터 하드웨어 간의 인터페이스로 동작하는 시스템 소프트웨어의 일종
  • 프로세서, 기억장치, 입·출력장치, 파일 및 정보 등의 자원을 관리

UNIX

  • 1960년대 AT&T 벨(Bell) 연구소, MIT, General Electric이 공동 개발한 운영체제
  • 시분할 시스템(Time Sharing System)을 위해 설계된 대화식 운영체제
  • 대부분 C언어로 작성되어 있어 이식성이 높으며 장치, 프로세스 간의 호환성이 높음
  • 트리(Tree) 구조의 파일 시스템을 갖음

UNIX 시스템의 구성

  • 커널(Kernel)
    • UNIX의 가장 핵심적인 부분으로 하드웨어를 보호하고, 프로그램과 하드웨어 간의 인터페이스 역할을 담당
    • 프로세스(CPU 스케줄링) 관리, 기억장치 관리, 파일 관리, 입·출력 관리, 프로세스간 통신, 데이터 전송 및 변환 등 여러가지 기능을 수행
  • 쉘(Shell)
    • 사용자의 명령어를 인식하여 프로그램을 호출하고 명령을 수행하는 명령어 해석기
    • 시스템과 사용자 간의 인터페이스를 담당

Android(안드로이드)

  • 구글(Google) 사에서 개발한 리눅스 커널 기반의 개방형 모바일 운영체제
  • 모든 코드가 공개된 개방형 소프트웨어
  • 자바와 코틀린으로 애플리케이션을 작성

기억장치 관리 - 반입 전략

  • 반입(Fetch) 전략은 보조기억장치에 보관중인 프로그램이나 데이터를 언제 주기억장치로 적재할 것인지를 결정하는 전략
  • 요구 반입(Demand Fetch) : 실행중인 프로그램이 특정 프로그램이나 데이터 등의 참조를 요구할 때 적재하는 방법
  • 예상 반입(Anticipatory Fetch) : 실행중인 프로그램에 의해 참조될 프로그램이나 데이터를 미리 예상하여 적재하는 방법

기억장치 관리 - 배치 전략

  • 배치(Placement) 전략은 새로 반입되는 프로그램이나 데이터를 주기억장치의 어디에 위치시킬 것인지를 결정하는 전략
  • 최초 적합(First Fit) : 프로그램이나 데이터가 들어갈 수 있는 크기의 빈 영역 중에서 첫 번째 분할 영역에 배치시키는 방법
  • 최적 적합(Best Fit) : 프로그램이나 데이터가 들어갈 수 있는 크기의 빈 영역 중에서 단편화를 가장 작게 남기는 분할 영역에 배치시키는 방법
  • 최악 적합(Worst Fit) : 프로그램이나 데이터가 들어갈 수 있는 크기의 빈 영역 중에서 단편화를 가장 많이 남기는 분할 영역에 배치시키는 방법

주기억장치 할당 기법

  • 프로그램이나 데이터를 실행시키기 위해 주기억자이체 어떻게 감당할 것인지를 결정하는 기법
  • 주기억장치 할당 기법의 분류
연속 할당
기법
  • 프로그램을 주기억자이체 연속으로 할당하는 기법
  • 종류 : 단일 분할 할당 기법, 다중 분할 할당 기법
분산 할당
기법
  • 프로그램을 특정 단위의 조각으로 나누어 주기억장치 내에서 분산하여 할당하는 기법
  • 종류 : 페이징 기법, 세그먼테이션 기법

다중 분할 할당 기법

  • 고정 분할 할당 기법 = 정적 할당 기법
    프로그램을 할당하기 전에 운영체제가 주기억장치의 사용자 영역을 여러 개의 고정된 크기로 분할하고 준비상태 큐에서 준비중인 프로그램을 각 영역에 할당하여 수행하는 기법
  • 가변 분할 할당 기법 = 동적 할당 기법
    • 주기억장치를 미리 분할해 놓지 않고 프로그램을 주기억장치에 적재하면서 필요한 만큼의 크기로 영역을 분할하는 기법
    • 고정 분할 할당 기법의 단편화를 줄이기 위해 사용됨

가상기억장치(Virtual Memory)

  • 보조기억장치의 일부를 주기억장치처럼 사용하는 것, 용량이 작은 주기억장치를 마치 큰 용량을 가진 것처럼 사용하는 기법
  • 프로그램을 여러 개의 작은 블록 단위로 나누어서 가상기억장치에 보관해 놓고, 프로그램 실행 시 요구되는 블록만 주기억자이체 불연속적으로 할당하여 처리
  • 가상기억장치의 구현 방법 : 페이징 기법, 세그먼테이션 기법

가상기억장치 구현 기법

  • 페이징(Paging) 기법
    • 가상기억장치에 보관되어 있는 프로그램과 주기억장치의 영역을 동일한 크기로 나눈 후 나눠진 프로그램을 동일하게 나눠진 주기억자잋의 영역에 적재시켜 실행하는 기법
    • 프로그램을 일정한 크기로 나눈 단위를 페이지(Page)라고 하고, 페이지 크기로 일정하게 나누어진 주기억장치의 단위를 페이지 프레임(Page Frame)이라고 함
  • 세그먼테이션(Segmentation) 기법
    • 가상기억장치에 보관되어 있는 프로그램을 다양한 크기의 논리적인 단위로 나눈 후 주기억장치에 적재시켜 실행시키는 기법
    • 프로그램을 배열이나 함수 등과 같은 논리적인 크기로 나눈 단위를 세그먼트(Segment)라고 하며, 각 세그먼트는 고유한 이름과 크기를 갖음

페이지 교체 알고리즘

  • 페이지 부재(Page Fault)가 발생하면 가상기억장치에서 필요한 페이지를 찾아 주기억장치에 적재해야 하는데, 이때 주기억장치의 모든 페이지 프레임이 사용중이면 어떤 페이지 프레임을 선택하여 교체할 것인지를 결정하는 기법이 페이지 교체 알고리즘
  • 종류 : OPT, FIFO, LRU, LFU, NUR, SCR 등

FIFO(First In First Out)

각 페이지가 주기억장치에 적재될 때마다 그때의 시간을 기억시켜 가장 먼저 들어와서 가장 오래 있었던 페이지를 교체하는 기법

Locality(국부성, 지역성, 구역성, 국소성)

  • 프로세스가 실행되는 동안 주기억장치를 참조할 때 일부 페이지만 집중적으로 참조하는 성질이 있다는 이론
  • 스래싱을 방지하기 위한 워킹 셋 이론의 기반이 됨
  • 시간 구역성(Temporal Locality) : 프로세스가 실행되면서 하나의 페이지를 일정 시간 동안 집중적으로 액세스하는 현상
  • 공간 구역성(Spatial Locality) : 프로세스 실행 시 일정 위치의 페이지를 집중적으로 액세스 하는 현상

워킹 셋(Working Set)

  • 프로세스가 일정 시간 동안 자주 참조하는 페이지들의 집합
  • 자주 참조되는 워킹 셋을 주기억장치에 상주시킴으로써 페이지 부재 및 페이지 교체 현상이 줄어들어 프로세스의 기억장치 사용이 안정됨

스래싱(Thrashing)

  • 프로세스의 처리 시간보다 페이지 교체에 소요되는 시간이 더 많아지는 현상
  • 다중 프로그래밍 시스템이나 가상기억장치를 사용하는 시스템에서 하나의 프로세스 수행 과정 중에 자주 페이지 부재(Page Fault)가 발생함으로써 나타나며, 전체 시스템의 성능이 저하됨

프로세스(Process)

  • 일반적으로 프로세서에 의해 처리되는 사용자 프로그램, 시스템 프로그램, 즉 실행중인 프로그램을 의미
  • 프로세스의 정의
    • PCB를 가진 프로그램
    • 실기억장치에 저장된 프로그램
    • 프로세서가 할당되는 실체로서, 디스패치가 가능한 단위
    • 프로시저가 활동중인 것
    • 비동기적 행위를 일으키는 주체
    • 운영체제가 관리하는 실행 단위

PCB(Process Control Block, 프로세스 제어 블록)

  • 운영체제가 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장해 놓는 곳
  • PCB에 저장되어 있는 정보
    • 프로세스의 현재 상태
    • 포인터
    • 프로세스 고유 식별자
    • CPU 레지스터 정보
    • 주기억장치 관리 정보
    • 입·출력 상태 정보
    • 계정 정보

프로세스 상태 전이

프로세스가 시스템 내에 존재하는 동안 프로세스의 상태가 변하는 것을 의미 image

프로세스 상태 전이 관련 용어

  • Dispatch(디스패치)
    준비 상태에서 대기하고 있는 프로세스 중 하나가 프로세서를 할당받아 실행 상태로 전이되는 과정
  • Wake Up
    입·출력 작업이 완료되어 프로세스가 대기 상태에서 준비 상태로 전이 되는 과정
  • Spooling(스풀링)
    입·출력장치의 공유 및 상대적으로 느린 입·출력장치의 처리 속도를 보완하고 다중 프로그래밍 시스템의 성능을 향상시키기 위해 입·출력할 데이터를 직접 입·출력장치에 보내지 않고 나중에 한꺼번에 입·출력하기 위해 디스크에 저장하는 과정

스레드(Thread)

  • 시스템의 여러 자원을 할당받아 실행하는 프로그램의 단위 또는 프로세스 내에서의 작업 단위로 사용됨
  • 프로세스의 일부 특성을 갖고 있기 때문에 경량(Light Weight) 프로세스라고도 함

FCFS(Fist Come First Service, 선입 선출)

  • FCFS(Fist Come First Service, 선입 선출) = FIFO(First In First Out)은 준비상태 큐에 도착한 순서에 따라 차례로 CPU를 할당하는 기법

SJF(Shortest Job First, 단기 작업 우선)

  • 준비상태 큐에서 기다리고 있는 프로세스들 중에서 실행 시간이 가장 짧은 프로세스에게 먼저 CPU를 할당하는 기법
  • 가장 적은 평균 대기 시간을 제공하는 최적 알고리즘

HRN(Highest Response-ratio Next)

  • 대기 시간과 서비스(실행) 시간을 이용하는 기법
  • 우선순위를 계산하여 그 숫자가 가장 높은 것부터 낮은순으로 우선순위가 부여된
  • 우선순위 계산식
$$우선순위 계산식=\frac{대기 시간 + 서비스 시간}{서비스 시간}$$

환경변수(Environment Variable)

  • 시스템 소프트웨어의 동작에 영향을 미치는 동적인 값들의 모임
  • 환경 변수는 변수명과 값으로 구성
  • Windows에서 set을 입력하면 모든 환경 변수와 값을 출력
  • UNIX나 LINUX에서는 set, env, printenv, setenv 중 하나를 입력하면 모든 환경 변수와 값을 표시

UNIX/LINUX 기본 명령어

cat파일 내용을 화면에 표시함
cd디렉터리의 위치를 변경함
chown파일 소유자와 그룹을 변경함
cp파일을 복사함
rm파일을 삭제함
find파일을 찾음
killPID(프로세스 고유 번호)를 이용하여 프로세스를 종료함
fork새로운 프로세스를 생성함
ls현재 디렉터리의 파일 목록을 표시함
mkdir디렉터리를 생성함
rmdir디렉터리를 삭제함
mv파일을 이동함
ps현재 실행중인 프로세스를 표시함
pwd현재 작업중인 디렉토리 경로를 화면에 표시함
who현재 시스템에 접속해 있는 사용자를 표시함

chmod

  • 파일의 보호 모드를 설정하여 파일의 사용 허가를 지정하는 UNIX 명령어
  • 8진법 숫자를 이용한 방법으로도 파일의 보호 모드를 설정할 수 있음
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