운영체제란

운영체제의 정의

컴퓨터의 하드웨어를 효율적으로 관리하고, 사용자가 편리하게 사용할 수 있도록 돕는 소프트웨어다.

운영체제의 위치

운영체제는 하드웨어와 소프트웨어 사이의 인터페이스 역할을 한다.

운영체제의 역할

1. 자원 관리

운영체제는 컴퓨터의 한정된 자원을 효율적으로 배분하고 관리한다.

2. 프로세스 관리

운영체제는 프로그램이 실행될 때 프로세스를 생성하고 필요한 자원을 할당한다. 각 프로세스는 독립된 메모리 공간과 시스템 자원을 부여받으며, 프로그램이 종료되면 운영체제는 할당된 자원을 회수하여 다른 프로세스가 사용할 수 있도록 한다.

또한, 운영체제는 CPU 스케줄링을 통해 프로세스들에게 공정하게 CPU 시간을 분배한다. 하나의 CPU를 여러 프로세스가 공유해야 하므로, 운영체제는 각 프로세스의 우선순위와 실행 시간을 고려하여 어떤 프로세스를 먼저 실행할지 결정한다.

이 외에도, 운영체제는 동기화 도구를 제공하여 여러 프로세스가 안전하게 자원을 공유할 수 있도록 한다. 프로세스들이 공유 자원에 접근하거나 협력 작업을 수행할 때 발생할 수 있는 충돌을 방지하기 위해 세마포어, 뮤텍스 같은 메커니즘을 제공하여 데이터 일관성을 유지한다.

3. 메모리 관리

운영체제는 메모리를 할당하여 각 프로세스에게 필요한 만큼의 메모리를 제공한다. 프로세스가 실행되기 위해서는 코드, 데이터, 스택 등을 저장할 메모리 공간이 필요하며, 운영체제는 프로세스 간 메모리 영역이 침범되지 않도록 보호한다.

제한된 물리 메모리 문제를 해결하기 위해 운영체제는 가상 메모리 기법을 사용한다. 디스크 일부를 메모리처럼 활용하여 현재 필요한 부분만 실제 메모리에 올리고 나머지는 디스크에 저장한다. 이를 통해 물리 메모리보다 큰 프로그램도 실행할 수 있다.

이와 함께, 운영체제는 페이징과 세그먼테이션 기법을 활용하여 메모리 공간을 효율적으로 사용한다. 메모리를 고정 크기(페이지) 또는 가변 크기(세그먼트)로 나누어 관리함으로써 단편화 문제를 최소화하고 메모리 사용 효율을 높인다.

4. 파일 시스템 관리

운영체제는 파일과 디렉토리를 관리하여 사용자가 데이터를 체계적으로 저장하고 조직할 수 있게 한다. 파일 생성, 삭제, 이동, 이름 변경 등의 기본 작업을 제공하며, 디렉토리를 계층적으로 구성하여 수많은 파일을 효율적으로 분류하고 찾을 수 있게 한다.

데이터 보호를 위해 운영체제는 접근 제어 메커니즘을 제공한다. 각 파일마다 읽기, 쓰기, 실행 권한을 설정하여 허가받지 않은 사용자의 접근을 차단한다. 이를 통해 사용자별로 다른 수준의 권한을 부여하고 시스템 보안을 유지할 수 있다.

또한, 운영체제는 백업과 복구 기능을 지원하여 데이터 손실을 방지한다. 하드웨어 고장이나 사용자 실수로 인한 데이터 손실에 대비하여 정기적으로 백업을 수행하고, 문제 발생 시 이전 상태로 신속하게 복구할 수 있는 메커니즘을 제공한다.

5. 보안 및 보호

운영체제는 인증 메커니즘을 제공하여 무단 접근을 방지한다. 로그인 시 사용자 이름과 비밀번호를 검증하거나 생체 인증을 사용하여 허가된 사용자만 시스템에 접근할 수 있도록 한다.

인증 이후에도 운영체제는 접근 제어를 통해 각 자원마다 접근 권한을 설정한다. 인증된 사용자라도 모든 자원에 무제한 접근할 수는 없으며, 사용자가 필요한 자원에만 접근하도록 제한한다. 예를 들어 일반 사용자는 시스템 파일을 읽을 수 있지만 수정할 수 없도록 하여 시스템 안정성을 보장한다.

이 외에도, 운영체제는 다층 방어 메커니즘을 구현하여 악의적인 프로그램으로부터 시스템을 보호한다. 프로세스 간 메모리 격리를 통해 한 프로그램이 다른 프로그램의 메모리를 함부로 접근하지 못하게 하고, 파일 실행 권한 검증을 통해 의심스러운 프로그램의 실행을 차단한다. 정기적인 보안 업데이트를 통해 새로운 보안 위협에도 신속하게 대응할 수 있다.

대표적인 운영체제

1. Windows

Microsoft가 개발한 운영체제로 GUI 중심의 사용자 친화적인 인터페이스를 제공한다. 직관적인 그래픽 환경 덕분에 컴퓨터 초보자도 쉽게 사용할 수 있으며, 다양한 응용 프로그램 생태계를 갖추고 있다.

주로 개인용 PC와 기업 환경에서 사용된다. 특히 Office 제품군과의 긴밀한 통합으로 업무 환경에서 널리 채택되고 있다.

2. Linux

오픈소스 커뮤니티가 개발하고 유지보수하는 운영체제다. 안정성과 보안성이 뛰어나며 무료로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 소스 코드가 공개되어 있어 누구나 수정하고 배포할 수 있다.

주로 서버, 임베디드 시스템, 개발 환경에서 사용된다. 전 세계 웹 서버의 상당수가 Linux에서 실행되며, Android도 Linux 커널을 기반으로 한다. 개발자들은 강력한 명령줄 도구와 패키지 관리 시스템 덕분에 Linux를 선호한다.

3. macOS

Apple이 개발한 운영체제로 Unix 기반의 안정성과 우수한 사용자 경험을 결합했다. 세련된 디자인과 직관적인 인터페이스로 유명하며, 하드웨어와 소프트웨어의 긴밀한 통합이 특징이다.

Mac 컴퓨터 전용으로 설계되어 있으며, 크리에이티브 작업과 개발 환경에서 특히 인기가 높다.

4. Android / iOS

스마트폰과 태블릿을 위한 모바일 운영체제다. Android는 Google이 개발한 오픈소스 운영체제로 다양한 제조사의 기기에서 사용되며, iOS는 Apple이 개발한 폐쇄형 운영체제로 iPhone과 iPad 전용이다.

두 운영체제 모두 터치 인터페이스에 최적화되어 있고, 모바일 앱 생태계를 통해 수백만 개의 응용 프로그램을 제공한다.