운영체제의 유형별 특징

다중 프로그래밍 시스템

작업 스케줄링에서 가장 중요한 부분은 다중 프로그래밍(Multi Programming).

프로세서가 항상 수행할 작업을 가지도록 하여 프로세서 이용률을 증진시키는 방법이다.

운영체제는 메모리에 있는 작업 중 하나를 택하여 실행을 시작한다.

작업이 어떤 일을 기다려야 하는 경우, 비다중 프로그래밍 시스템의 프로세서는 유휴 상태가 되지만 다중 프로그래밍 시스템에서는 운영체제가 간단히 다른 작업으로 전환하여 수행한다.

작업을 위해 기다리는 것이 끝나면 프로세서를 다시 차지하며, 수행될 작업이 메모리에 적재되어 있으면 프로세서는 유휴하지 않을 것이다.

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인터럽트를 이용하여 수행하는 프로세서 스케줄링의 다중 프로그래밍은 현대 운영체제의 중심 주제이다.

다중 프로그래밍 운영체제는 아주 복잡하며, 여러 작업을 준비 상태로 두려면 이를 메모리에 보관해야 하고 일정 형태의 메모리 관리가 필요하다.

또한 여러 개의 작업이 수행할 준비를 갖추고 있으면 이 중 하나를 선택하기 위한 결정 방법이 필요하다.

시분할 시스템 (TSS, Time Sharing System)

다중 프로그래밍을 논리적으로 확장한 개념으로 프로세서를 통해 다중 작업을 교대로 수행한다.

사용자가 프로그램을 실행하고 있을 동안 자신의 프로그램과 접촉하기 위해 교대가 빈번히 일어난다.

프로세서 스케줄링과 다중 프로그래밍을 사용해 각 사용자에게 컴퓨터를 시간적으로 분할하여 나눠준다.

각 사용자는 메모리에 독립된 프로그램을 갖고, 프로그램은 입출력을 수행하는 아주 짧은 시간 동안만 실행되어 많은 사용자가 컴퓨터를 공유하도록 한다.

각 트랜젝션(Transaction)이 짧아 각 사용자는 짧은 시간 동안만 프로세서를 사용한다.

1960년 이전에 제안되었으며, 초기에 개발된 시스템 중 하나가 MIT에서 개발한 CTSS(Compatible Time Sharing System)다.

1961년 IBM-709에 탑재되어 사용됨.

1970년대 초까지는 일반화되지 못했으나 오늘날의 시스템은 대부분 일괄 처리 방식과 시분할 방식을 모두 제공한다.

여러 작업이 메모리에 저장되어 있는 경우 한 작업이 다른 작업의 데이터를 변경하는 등의 작업에 대한 보호가 필요하다.

다수의 사용자가 접근하는 파일은 접근 권한을 두어 특정 권한을 가진 사용자만 접근할 수 있도록 파일 시스템을 보호해야 한다.

공유 자원의 경우 접근 순서도 조정할 수 있도록 기능을 제공해야 한다.

일괄 처리 시스템과 비교

일괄 처리 시스템

- 작업을 미리 정의된 각 제어 카드와 함께 읽어 들이고 작업을 완료하면 출력.

- 처리 과정 중 발생할 수 있는 모든 경우에 대한 제어 카드를 제공해야 하므로 작업 제출과 완료까지의 반환 시간이 길어질 수 있다.

- 오류 수정은 당시의 상태를 그대로 출력해야 가능하며, 오류를 수정한 후 다시 처음부터 수행해야 한다.

시분할 시스템

- 사용자와 시스템 간의 온라인 통신을 제공, 사용자가 운영체제나 프로그램에 직접 명령을 주고 즉시 응답을 받을 수 있다.

대화식 입출력

입출력은 대화식으로 가능하며, 출력은 사용자를 위해 화면에 출력되고 입력은 키보드에서 읽어 들이는 대화식이 될 수 있다.

보통, 사람의 처리와 속도가 같으므로 종료까지 소요 시간이 길며, 이 경우 운영체제는 프로세서를 다른 사용자의 프로그램으로 전환시킨다.

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분산 처리 시스템 (Distributed Processing System)

시스템마다 운영체제와 메모리를 가지고 독립적으로 운영되며 필요할 때 통신하는 시스템이다.

최근의 컴퓨터는 자원 공유, 연산 속도 향상, 신뢰성과 통신 등의 문제로 여러 개의 물리적 프로세서에 연산을 분산하는 경향이 있다.

분산 시스템 구성 방법

강결합(단단히 결합된) 시스템

- 프로세서(처리기)가 기억장치와 클록(Clock)을 공유하며, 공유된 기억장치를 통해 통신.

약결합(느슨하게 결합된) 시스템

- 둘 이상의 독립된 컴퓨터 시스템을 통신선으로 연결.

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다중 처리 시스템

마이크로프로세서 여러 개를 연결해 다중 프로세서를 만든다.

시스템은 프로세서(처리기)를 많이 사용해 신뢰성, 가용성, 컴퓨터 능력 등을 증가시킨다.

하드웨어 비용이 저렴해짐에 따라 단위 시간당 처리량을 증가시키기 위해 사용한다.

고가의 초고속 프로세서를 사용하지 않고도 대형 컴퓨터에 근접하는, 단일 프로세서 컴퓨터 시스템의 계산 능력을 증대시킬 수 있다.

다중 처리를 위한 운영체제 구성 방법은 비대칭(주/종)적 구성과 대칭적 구성이 있다.

주/종 다중 처리 시스템(Master/Slave Multi Process System)

비대칭적 구성으로 마스터 프로세서가 주가 되어 부가적인 슬레이브 프로세서를 관리하는 단일 처리 시스템이다.

형태가 단순하나 마스터 프로세서에 부하가 많아 신뢰도나 자원 사용에서는 비효율적이다.

운영체제의 개입이 요구되는 경우, 마스터 프로세서에 인터럽트를 요청해야 하므로 인터럽트 수가 증가한다.

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대칭적 구성(Symmetric Configuration) 다중 처리 시스템

모든 프로세서가 동일한 종류일 때 최적으로 구현되나, 교착 상태 및 기아 상태를 회피하기 위해 동기화해야 하기 때문에 구현이 매우 어렵다.

약결합 분산처리 시스템보다 신뢰성이 높고 자원을 효율적으로 사용할 수 있으며 오버헤드를 균형 있게 분산한다.

프로세서의 스케줄링은 분산된 형태로 수행되며 메모리에 공유된다.

입출력 요청이나 다른 유형의 인터럽트 발생 시 해당 프로세서는 프로세스 목록에서 엔트리를 갱신, 실행시킬 다른 프로세스를 찾는다.

- 프로세서가 바쁜 상태를 계속 유지하며, 때로는 여러 프로세서에 의해 수행됨.

충돌을 예방하는 프로세스 동기화가 반드시 필요하다.

- 모든 프로세서가 모든 입출력장치에 접근하여 참조할 수 있으므로 여러 프로세서가 동일 자원에 동시에 접근할 경우 충돌이 발생한다.

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단일 사용자 시스템

개인 컴퓨터

하드웨어 비용이 저렴해짐에 따라 컴퓨터 시스템 하나를 사용자 한 명이 전용하는 것.

최근 사용자의 편리함과 빠른 응답을 제공하기 위해 다중 작업(Multi-Tasking), 다중 사용자(Multi-User) 환경으로 변하고 있다.