운영체제 구조, 커널과 인터페이스

운영체제 구조

• 인터페이스
• 커널
  • 시스템 호출
  • 드라이버

 

커널과 인터페이스

• 커널 kernel : 프로세스 관리, 메모리 관리, 저장장치 관리와 같은 운영체제의 핵심적인 기능을 모아놓은 것, 운영체제의 성능은 커널이 좌우
• 운영체제는 사용자와 응용 프로그램에 인접하여 커널에 명령을 전달하고 실행 결과를 사용자와 응용프로그램에 돌려주는 인터페이스와 운영체제의 핵심 기능을 모아 놓은 커널 두 부분으로 나뉨
• 유닉스는 사용자 인터페이스를 shell이라 하고, 쉘은 명령어 기반이라 GUI에 익숙한 일반인이 보기에는 어렵게 느낄 수 있음, 쉘의 종류는 C쉘 , T쉘, 배시쉘 등 여러 쉘이 있음
• 참고로 맥 OS X도 알고 보면 유닉스 계열의 커널을 이용해서 만든 것으로 커널이 같더라도 인터페이스에 따라 사용자가 느끼기에는 다른 운영체제처럼 느껴지게 됨

 

시스템 호출과 드라이버

커널 내부에 시스템 호출과 드라이버가 있음

 

시스템 호출

• 시스템 호출(System Call)은 커널이 자신을 보호하기 위해 만든 인터페이스
• 하드웨어 같은 시스템 자원을 사용할 수 있도록 인터페이스를 제공하는 데 이것을 시스템 호출이라 함
• 시스템 호출은 커널이 제공하는 시스템 관련 서비스를 모아놓은 것이며 함수 형태로 제공됨, write(), read() 함수를 사용하여 데이터를 저장하거나 가져와서 사용
• 응용 프로그램이 하드웨어 자원에 접근하거나 운영체제가 제공하는 서비스를 이용하려 할 때는 시스템 호출을 사용해야 함
• 커널은 사용자나 응용 프로그램으로부터 컴퓨터 자원을 보호하기 위해 자원에 직접 접근하는 것을 차단함 > 자원을 이용하기 위해서는 시스템 호출이라는 인터페이스를 이용하여 접근해야 함

 

직접 호출 VS 시스템 호출을 통한 접근

• 직접접근 : 사용자가 직접 컴퓨터 자원에 접근하여 작업하는 방식. 사용자가 모든 것을 처리, 컴퓨터 보호 어려운 단점이 있음
• 시스템 호출을 통한 접근 : 요청을 하여 작업의 결과만 받는 방식. 사용자의 오작동 등으로 컴퓨터가 망가지는 것을 막을 수 있음

드라이버

• 커널과 하드웨어의 인터페이스는 드라이버가 담당
• 커널은 입출력의 기본적인 부분만 제작하고, 하드웨어의 특성을 반영한 소프트웨어를 하드웨어 제작자에게 받아 커널이 실행될 때 함께 실행 되도록 함
• 이 때 하드웨어 제작자가 만든 소프트웨어를 디바이스 드라이버라고 부름
• 마우스, 키보드 같은 디바이스 드라이버는 커널에 포함되어 있어 컴퓨터에 꽂기만 하면 작동되지만 프린터, 스캐너 같은 복잡한 디바이스 드라이버는 사용자가 직접 설치해야 함

커널이 하는 일

• 프로세스 관리, 메모리 관리, 파일 시스템 관리, 입출력 관리, 프로세스 간 통신(Inter-process Communication, IPC) 관리 등

 

커널 종류

• 커널은 기능 구현 방식에 따라 단일형 구조 커널, 계층형 구조 커널, 마이크로 구조 커널로 구분됨
• 단일형 구조 : 초장기 운영체제 구조. 커널의 핵심 기능을 구현하는 모듈 구분 없이 하나로 구성되어 있음
• 계층형 구조 : 비슷한 기능을 가진 모듈을 묶어서 하나의 계층으로 만들고 계층 간의 통신을 통해 운영체제를 구현하는 방식. 윈도우 등 현재의 운영체제 대부분이 이 구조로 이루어져 있음
• 마이크로 구조 : 프로세스 관리, 메모리 관리, 프로세스 간 통신 관리 등 가장 기본적인 기능만 제공. 각 모듈이 독립적으로 작동하기 떄문에 하나의 모듈이 실패하더라도 전체 운영체제가 멈추지 않음. 커널의 크기가 커지고 소스가 방대 해져서 오류를 잡기 어려워져서 나온 구조. 애플의 OS X, IOS의 커널로 사용되고 있음