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운영체제의 핵심 개념 이해하기
운영체제는 컴퓨터 시스템의 기본을 이루는 중요한 소프트웨어입니다. 하드웨어 자원을 효율적으로 관리하고, 사용자와 하드웨어 간의 인터페이스 역할을 합니다. 이번 글에서는 프로세스 관리와 동기화, 그리고 파일 시스템과 메모리 관리라는 두 가지 핵심 주제를 알기 쉽게 설명해 보도록 하겠습니다.
1. 프로세스 관리와 동기화
프로세스와 스레드는 프로그램의 실행 단위
1) 프로세스와 스레드
- 프로세스: 메모리와 CPU 자원을 독립적으로 할당받는 프로그램의 실행 단위입니다.
- 예: 웹 브라우저, 텍스트 편집기
- 스레드: 프로세스 내에서 실행되는 작은 작업 단위로, 동일한 메모리 공간을 공유합니다.
- 예: 웹 브라우저의 여러 탭
2) 멀티프로세싱과 멀티스레딩
- 멀티프로세싱: 여러 프로세스가 병렬로 실행.
- 장점: 프로세스 간 독립성 보장.
- 단점: 자원 소모가 큼.
- 멀티스레딩: 한 프로세스 내 여러 스레드가 병렬 실행.
- 장점: 자원 공유로 속도 향상.
- 단점: 동기화 문제 발생 가능.
3) 동기화 문제와 해결
3-1. 동기화의 필요성
여러 프로세스와 스레드가 동일한 자원에 접근할 때 데이터 일관성 문제가 발생할 수 있습니다.
- 예: 은행 계좌 잔고를 여러 스레드가 동시에 수정할 경우 잔고가 올바르게 반영되지 않을 수 있음.
3-2. 해결 방법
- 뮤텍스(Mutex): 한 번에 하나의 스레드만 자원에 접근 가능.
- 세마포어(Semaphore): 자원 접근 허용 횟수를 제한.
- 모니터(Monitor): 뮤텍스와 조건 변수의 조합으로 자원 관리.
2. 파일 시스템과 메모리 관리
효율적인 데이터 저장과 프로그램 실행을 위한 핵심 기술
1) 파일 시스템
파일 관리의 기본
운영체제는 데이터를 파일 형태로 저장하고 관리합니다.
- 파일 시스템의 역할: 파일 생성, 삭제, 읽기/쓰기 제어.
- 파일 경로: 데이터에 접근하기 위한 주소 체계(예: C:\Documents\file.txt).
디렉터리 구조
- 트리 구조: 파일과 폴더가 계층적으로 정리됨.
- 예: Windows, Linux 파일 시스템.
- 평면 구조: 간단한 구조지만 파일 검색이 어려움.
파일 시스템 종류
- FAT32: 간단한 구조, 제한된 용량.
- NTFS: 고급 보안 기능 제공.
- EXT4: Linux에서 주로 사용, 빠른 속도와 안정성.
2) 메모리 관리
메모리 계층
운영체제는 제한된 메모리를 효율적으로 관리해야 합니다.
- 주기억장치(RAM): 프로그램 실행 시 사용되는 고속 메모리.
- 가상 메모리: 물리적 메모리가 부족할 때 하드디스크를 임시로 사용.
메모리 할당 기법
- 연속 할당: 연속된 메모리 블록에 프로그램을 저장.
- 단점: 내부 단편화 발생 가능.
- 분산 할당: 메모리를 여러 블록으로 나누어 할당.
- 장점: 메모리 활용도 증가.
3. 운영체제 필요성
운영체제는 컴퓨터 시스템의 뼈대와도 같은 존재입니다.
- 효율적인 소프트웨어 개발: 자원 관리와 성능 최적화 가능.
- 문제 해결 능력 강화: 프로세스 충돌, 데이터 무결성 문제 해결.
- 취업 준비에 유리: IT 분야에서 운영체제 지식은 필수.
컴퓨터 공학을 시작하는 지금, 운영체제의 기초를 다지며 시스템을 이해하는 능력을 길러보세요!