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File metadata and controls

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Operating System(운영체제)

운영체제란 무엇인가요?
  • Operating System으로 흔히 OS라 부르며 사용자가 컴퓨터를 편리하고 효과적으로 사용할 수 있도록 환경을 제공하는 시스템 소프트웨어입니다.

  • 종류

    • UNIX
    • Linux
    • Windows

  • 역할

    • 프로세스 관리 : 운영체제에서 적용하는 응용 프로그램을 관리
    • 저장장치 관리 : 1차 저장장치(Main Memory)와 2차 저장장치(HDD, NAND Flash Memory 등)를 관리하는 기능
    • 네트워킹 : 네트워크 프로토콜 지원
    • 사용자 관리 : 파일 및 시스템 자원 접근 권한 지정하여 사용자 관리
    • 디바이스 드라이버 : 시스템 자원, 하트웨어 관리 / 하드웨어를 추상화 해주는 계층
프로세스 주소 공간은 어떻게 이루어져 있고 왜 나누었나요?/메모리 영역은 어떻게 나눠져있나요?

  • 최대한 데이터를 공유하여 메모리 사용량을 줄여야 하기에 나누었습니다.

  • 프로세스 주소 공간(메모리 영역)

    • Code : 코드 자체를 구성하는 메모리 영역
    • Data : 전역변수, 정적변수, 배열 등이 할당되는 영역
    • Heap : 동적 할달시 사용되는 영역
    • Stack : 함수의 호출 정보, 지역변수, 매개변수 등이 저장되는 영역
프로세스와 스레드를 각각 설명하고 차이를 말씀해 주세요.

  • 프로세스 : 메모리 상에서 실행중인 프로그램

  • 스레드 : 프로세스 안에서 실행되는 흐름단위

  • 하나의 프로세스 생성시, 기본적으로 하나의 스레드 생성

  • 스레드는 프로세스 내에서 Stack만 따로 할당받고, 그 이외의 메모리 영역(Code, Data, Heap) 영역을 공유

멀티 프로세스와 멀티 스레드의 장단점을 설명해 주세요.

  • 멀티 프로세스

    • 장점 : 안정성(OS 차원에서 해결)
    • 단점 : 각각 독립된 메모리 영역을 가지고 있음
      => 작엄량 증가
      => Context Switching 증가
      => 오버헤드 발생
      => 성능 저하

  • 멀티 스레드

    • 장점 : 메모리 공유, 시간 및 자원 손실 감소
    • 단점 : 공유메모리로 안정성 문제 발생
      -> 하나의 스레드가 데이터 공간을 망가뜨리면 모든 스레드가 작동 불능
      -> But, Critical Section 기법을 통해 대비 가능

    Critical Section 기법 : 하나의 스레드가 공유 데이터 값을 변경하는 시점에 다른 스레드가 그 값을 읽으려 할 때 발생하는 문제를 해결하기 위한 동기화 과정

인터럽트(Interrupt)란 무엇인가요?

  • 프로그램 실행 도중 예기치 않은 상황이 발생하여 현재 실행중인 작업을 즉시 중단하고 발생된 상황에 대한 우선 처리가 필요함을 CPU에게 알리는 것입니다.

  • 종류

    • 외부 인터럽트 : 입출력 장치, 차이밍 장치, 전원 등 외부적 요인으로 발생
    • 내부 인터럽트(Trap) : Trap이라 부르며 오버플로우, 명령어 오사용 등 잘못된 명령이나 데이터를 사용할 때 발생
    • 소프트웨어 인터럽트 : 프로그램 처리 중 명령의 요청에 의해 발생한 것

  • 내외부 인터럽트는 CPU의 하드웨어 신호에 의해 발생하며 소프트웨어 인터럽트는 명령어 수행에 의해 발생합니다.

  • 인터럽트가 없다면 폴링(Polling) 사용

    • 폴링(Poliing) : 사용자가 명령어를 사용해 수시로 확인해서 변화를 알아내는 방식
시스템 콜(System Call)에 대하여 설명해 주세요.

  • 응용 프로그램의 요청에 따라 kernel에 접근하기 위한 인터페이스입니다.

  • 유형

    • 프로세스 제어
    • 파일 조작
    • 장치 조작
    • 정보 유지보수
    • 통신과 보호

  • 프로세스 제어를 위한 System Call에는 fork, exec, wait 등이 있습니다.

PCB란 무엇인가요?
  • Process Control Block으로 process 정보를 저장하는 곳입니다.
  • Context Switching시 이전 작업을 저장하기 위해서 필요합니다.
  • Linked List방식으로 관리합니다.
Context Switching이란 무엇인가요?
  • CPU가 이전의 프로세스 상태를 PCB에 보관 후 다른 프로세스 정보를 PCB에 읽어 레지스터에 적재하는 과정입니다.
  • CPU가 놀지 않게 만들며 빠른 일처리를 제공하기 위한 것입니다.
  • 보통 Interrupt 또는 CPU 사용 허가 시간 초과시 발생

프로세스 상태

비동기 처리의 장점

  • context switching 발생하지 않는다.
IPC란 무엇인가요?
  • 프로세스는 독립적인 구조를 가지기에 통신을 해야합니다. 이를 가능하게 해주는 것이 Inter Process Communication이라 불리는 IPC통신입니다.
  • 프로세스는 커널이 제공하는 IPC설비를 이용해 프로세스간 통신을 할 수 있게 됩니다.
  • IPC 통신에서 프로세스 간 데이터를 동기화하고 보호하기 위해 세마포어와 뮤텍스를 사용합니다.
CPU 스케줄링에 대하여 설명해 주세요.

  • 정해져 있는 자원을 분배하여 프로세스가 CPU를 사용할 수 있게 결정하는 정책입니다.

  • 종류로는 크게 선점(preemptive) 스케줄링과 비선점(non-preemptive) 스케줄링으로 나누어져있습니다.

  • 선점(preemptive) 스케줄링

    • 하나의 프로세스가 CPU를 할당받아 실행하고 있을 때, 우선순위가 높은 프로세스가 CPU를 강제로 빼앗아 사용할 수 있는 기법입니다.
    • 처리 시간 예측이 어렵고 선점으로 인한 오버헤드가 발생한다는 단점이 있습니다.
    • ex) Priority Scheduling, Round Robin, Multilevel-Queue(다단계 큐), Multilevel-Feedback-Queue(다단계 피드백 큐)

  • 비선점(non-preemptive) 스케줄링

    • 이미 할당된 CPU를 다른 프로세스가 강제로 빼앗아 사용할 수 없는 기법입니다.
    • 공정하며 처리 시간 예측이 용이하다는 장점이 있지만 긴급응답을 요청하는 작업에는 좋지 않다는 단점도 존재합니다.
    • ex) FCFS(First Come First Served), SJF(Shortest Job First), HRN(Highest Response-ratio Next)

  • 척도

    • Response Time : 작업이 처음 실행되기까지 걸린 시간
    • Turnaround Time : 실행 시간과 대기 시간을 모두 합한 시간으로 작업이 완료될 때 까지 걸리는 시간
데드락(교착 상태)가 뭔가요? 발생 조건에 대해 말해보세요.
  • 교착 상태로 두 개 이상의 프로세스나 스레드가 무한히 다음 자원을 기다리며 다음 처리를 못하는 상태입니다.
  • 발생조건으로는 상호배제(Mutual exclusion), 점유 대기(Hold and wait), 비선점(Non-Preemptive), 순환 대기(Circular wait)가 있습니다.
  • 처리 방법으로는 예방(Prevent), 회피(Avoidance), 탐지(Detection), 회복(Recovery)이있습니다.
세마포어(Semaphore)와 뮤텍스(Mutex)에 대하여 각각 설명하고 차이점을 설명해주세요.

  • 세마포어(Semaphore)

    • 멀티프로그래밍 환경에서 공유 자원에 대한 접근을 제한하는 방법입니다.
    • 현재 공유 자원에 접근할 수 있는 쓰레드/프로세스의 수를 나타내는 값을 두어 상호 배제를 달성하는 기법입니다.

  • 뮤텍스(Mutex)

    • 상호 배제(Mutual Exclusion)의 약자이며 임계 영역을 가진 쓰레드들의 실행 시간이 서로 겹치지 않고 각각 단독으로 실행되게 하는 기술입니다.
    • 공유 자원에 대한 접근 조율을 위해 lock과 unlock을 사용합니다.

  • 차이점

    • 가장 큰 차이는 동기화 갯수입니다. 뮤텍스는 동기화 대상이 오직 하나뿐이지만 세마포어는 동기화 대상이 하나 이상일 때 사용합니다.
    • 세마포어는 뮤텍스가 될 수 있지만 뮤텍스는 세마포어가 될 수 없습니다.
    • 세마포어는 소유할 수 없지만 뮤텍스는 소유가능하며 소유주가 이에 대한 책임을 집니다.
페이징과 세그먼테이션에 대하여 설명해주세요.

  • 페이징(Paging)

    • 페이지 단위의 논리-물리 주소 기법
    • 논리 주소 공간이 하나의 연속적인 물리 공간에 들어가야하는 제약을 해결하기 위한 기법
    • 논리 주소 공간과 물리 주소 공간을 분이해야함(주소의 동적 재배치 허용)
    • 외부 단편화 X
    • 변환을 위한 MMU(Memory Management Unit) 필요

  • 세그먼테이션(Segmentation)

    • 사용자/프로그래머 관점의 메모리 관리 기법
    • 논리적 단위(세그먼트)로 나누므로 미리 분할하는 것이 아닌 메모리 사용 시점에 할당

  • 외부단편화 vs 내부단편화

    외부단편화 : 작업보다 많은 공간이 있더라도 실제로 그 작업을 받아들일 수 없는 경우(메모리 배치에 따라 발생하는 문제)

    내부단편화 : 작업에 필요한 공간보다 많은 공간을 할당받음으로써 발생하는 내분의 사용 불가능한 공간

  • 페이지 교체 알고리즘

    OPT : 최적 교체. 앞으로 가장 오랫동안 사용하지 않을 페이지 교체 (실현 가능성 희박)

    FIFO : 메모리가 할당된 순서대로 페이지를 교체

    LRU : 최근에 가장 오랫동안 사용하지 않은 페이지를 교체

    LFU : 사용 빈도가 가장 적은 페이지를 교체

    NUR : 최근에 사용하지 않은 페이지를 교체

동시성(Concurrency)과 병렬성(Parallelism)에 대하여 각각 설명하고 차이점을 설명해주세요.

동시성(Concurrency)

  • 하나의 코어에서 여러 스레드가 번갈아가며 실행하는 방식입니다.
  • 동시에 실행하는 것이 아니라 CPU가 작업마다 시간을 분할해 적절하게 context switching을 해서 동시에 실행되는 것처럼 보이게 합니다.
  • 핵심 목표 : 유휴 시간을 최소화

병렬성(Parallelism)

  • 멀티 코어에서 여러 스레드를 동시에 실행하는 방식입니다.

  • 여러 작업을 다른 코어, 다른 프로세스, 별도의 컴퓨터 등에서 동시에 실행할 수 있다. 그래서 병렬 처리가 성능 향상에 필수적이라고도 합니다.

Concurrency vs Parallelism

  • 동시성은 여러 task를 계속 번갈아가면서 실행합니다. task 1이 사용하던 자원이 있다고 가정하고 task1이 미처 끝나기 전에 task 2가 같은 자원을 접근한다면? 자원의 값이 변경되며 서로의 실행 결과에 미칠 수 있습니다. 또 task를 어떤 기준으로 선택하고 교환할 것인지도 고려해야 합니다. 따라서 Race Condition, Deadlock, Starvation 등의 문제가 생길 수 있습니다.

  • 병렬성은 여러 task가 어떤 자원을 공유하고 있는지 고려해야 하기 때문에 메모리 손상, 누수 등의 문제가 발생할 수 있습니다.

More

  • Race Condition: 여러 프로세스가 하나의 자원에 접근해 서로의 실행 결과에 영향을 주는 현상
  • Deadlock: 여러 프로세스가 서로 상대방의 작업이 끝나기를 무한히 기다리는 현상
  • Starvation: 특정 프로세스가 우선순위가 낮아 원하는 자원을 계속 할당 받지 못하는 현상
셸(shell)에 대하여 설명해주세요.
  • 리눅스의 셸은 명령어와 프로그램을 실행할 때 사용하는 인터페이스입니다.
  • 셸은 커널(Kernel)과 사용자간의 다리역할을 하는 것으로 사용자로부터 명령을 받아 그것을 해석하고 프로그램을 실행하는 역할을 합니다. Linux Shell

셸의 기능

  1. 사용자와 커널 사이에서 명령을 해석해 전달하는 명령어 해석기 기능이 있습니다.
  2. 셸은 자체 내에 프로그래밍 기능이 있어서 프로그램을 작성할 수 있습니다. 셸 프로그래밍 기능을 이용하면 여러 명령을 사용해 반복적으로 수행하는 작업을 하나의 프로그램으로 제작 할 수 있습니다. 셸 프로그램을 셸 스크립트라고 부릅니다.
  3. 사용자 환경 설정의 기능 - 초기화 파일 기능을 이용해 사용자의 환경을 설정할 수 있습니다. 로그인 할 때 이 초기화 파일이 실행되서 사용자의 초기 환경이 설정됩니다. 셸을 공부하는데 가장 중요한 것 중 하나가 환경변수의 이해입니다.
동기(Synchronous)와 비동기(Asynchronous)에 대하여 설명해주세요.
  • 동기(Synchronous)
    • 호출하는 함수 A가 호출되는 함수 B의 작업 완료 후 리턴을 기다리거나, 바로 리턴 받더라도 미완료 상태이라면 작업 완료 여부를 스스로 계속 확인하는 것입니다.
  • 비동기(Asynchronous)
    • 함수 A는 함수 B를 호출한 후로 함수 B의 작업 완료 여부에는 신경쓰지 않는 것입니다.