[운영체제]중간고사 시험 정리

정보처리기사_필기_기출문제(운영체제_중간고사_시험범위)_11년~14년.hwp

-> 운영체제 부분에서 중간고사 시험범위안에 문제들만

 

운영체제_중간고사_정리.hwp

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정보처리기사 필기 기출문제(운영체제부분) 11년~14년.hwp

->운영체제 부분만 싹다 모은 자료

 

하드웨어, 소프트웨어, 운영체제 소개 / 프로세스와 스레드(교착상태제외)

1장 운영체제 소개

운영체제의 주요 목적

->응용 프로그램이 하드웨어와 상호 작용할 수 있도록 돕고, 시스템 하드웨어와 소프트웨어 자원을 관리한다.

운영체제의 역사

년도	설명
1940	운영체제를 포함하지 않음 어셈블리 언어(프로그래밍 속도를 향상할 목적으로 개발. 영어와 비슷한 약어 사용)
1950	단일 스트림 배치 처리 시스템
1960	멀티 프로그래밍 시스템, 시분할 시스템 * 멀티 프로그래밍 정도(동시에 몇가지 작업을 관리할 수 있는지)
1970	네트워크 통신분야의 발전(TCP/IP 표준 활성화)
1980	개인용 컴퓨터와 워크스테이션의 시대(GUI등장) 네트워크 기술의 발전(클라이언트/서버 컴퓨팅) 소프트웨어 공학 분야의 발전
인터넷과 WWW의 역사	HTML, HTTP의 개발
1990	하드웨어 성능의 기하급수적 발전 분산 컴퓨팅의 증가 객체 기술 오픈 소스 운동(모든 사람이 수정 가능. 버그 수정률이 올라감)
2000이후	미들웨어(네트워크 등을 통해 두 독립적인 응용 프로그램을 서로 연결하는 소프트웨어) 멀티프로세스와 네트워크 아키텍처, 고도 병렬성

응용프로그램 기반

->운영체제는 응용 소프트웨어 개발자들의 메모리관리 입출력 회선 관리 부담 해소

->응용프로그램 개발자는 특정 루틴만을 호출

운영체제 환경

환경	설명
범용 컴퓨터	대용량 메모리와 디스크, 고속 프로세서, 주변 장치로 구성 개인용 컴퓨터나 워크스테이션으로 사용 고성능 하드웨어를 갖춘 고사양 웹 서버와 데이터베이스 서버에 적용 대용량 메모리와 특수 목적 하드웨어, 여러 프로세스를 지원
임베디드 시스템	휴대폰, PDA 같은 소형 기기에 기능을 제공(소규모 자원) 효율적인 자원 관리 요구, 적은 코드로 서비스 제공 전력관리, 사용자 친화적 인터페이스 제공
실시간 시스템	정해진 시간 안에 특정 작업 완료(소프트 실시간, 하드 실시간[온도모니터시스템])
가상 머신	컴퓨터를 소프트웨어로 추상화 가상 머신 운영체제 가상 머신의 응용 프로그램(에뮬레이션:시스템에 존재하지 않는 하드웨어나 소프트웨어 기능 흉내) 여러 사용자가 하드웨어 공유(소프트웨어 이식성 향상), 실제 머신보다 효율 떨어짐 자바 가상머신(JVM / VMware)

운영체제 설계 시 고려사항 : 성능, 장애 내구성, 보안, 모듈성, 비용 등

운영체제의 핵심 구성 요소

프로세스 스케줄러: 프로세서에서 프로세스를 실행할 시점과 기간을 결정

메모리 관리자: 프로세스에 메모리를 할당할 시점과 방식, 메인메모리가 가득 찼을 때 처리 방법 결정

입출력 관리자: 하드웨어 장치들과 연동해 입출력 요청을 처리

프로세스 간 통신 관리자: 프로세스들이 서로 통신할 수 있게 한다.

파일 시스템 관리자: 저장 장치에 있는 이름 있는 데이터 모음을 조직화, 해당 데이터에 접근 할 인터페이스 제공

운영체제의 목표

효율성(efficiency)-처리량이 높고 평균 처리 시간이 짧다

견고함(robustness)-장애 내구성과 신뢰성을 갖추고 있다

규모 확장성(scalability)-자원을 추가하면 해당 자원을 사용할 수 있다

확장성(extensibility)-새로운 기술에 잘 적응, 운영체제를 원래 설계보다 확장해서 더 큰 역량 발휘

이식성(portability)-다양한 하드웨어 구성에서 동작할 수 있게 설계되어 있다

보안(security)-사용자나 소프트웨어가 허가받지 않은 서비스나 시스템 자원에 접근을 예방한다

상호 작용성(interactivity)-응용프로그램이 사용자 또는 시스템에서 일어나는 이벤트에 빠르게 응답

사용성(usability)-많은 사용자 기반, 대체로 사용하기 쉬운 사용자 인터페이스를 제공한다

모놀리식 아키텍처와 계층적 아키텍처, 마이크로커널 비교

- 모놀리식 구조의 장점은 효율적이라는 것이다. 모든 운영체제 구성요소가 커널에 포함 되어 있기 때문에 견고하고 확장적이고 보안성 있는 모놀리식 운영체제를 개발하는 것은 도전적일 수 있다.

- 계층적 구조는 운영체제가 보다 모듈화되어 있기 때문에 모놀리식 구조보다 더 확장적이고 디버깅이 쉽고 보다 견고하다. 그러나 계층적 구조는 효율성을 감소시킨다.

- 마이크로커널 운영체제는 많은 운영체제 컴포넌트들이 서로 독립적으로 수행되기 때문에 매우 확장적이다. 이러한 증가된 모듈화는 마이크로커널 구조의 견고성과 보안성을 증가시킬 수 있다. 그러나 이러한 고수준의 모듈화는 프로세스간 통신(interprocess communication) 오버헤드에 기인하여 다른 운영체제 구조보다는 효율성이 떨어진다.

마이크로커널 운영체제: 소수의 서비스만 제공, 확장성 이식성, 규모 확장성이 높음

네트워크 운영체제: 프로세스들이 원격 컴퓨터의 파일과 프로세서 자원에 접근가능. 분산 운영체제

분산 운영체제의 목표: 투명한, 성능, 규모 확장성, 장애 내구성, 일관성을 보장

2장 하드웨어와 소프트웨어 개념

운영체제의 주요 역할: 자원 관리

하드웨어 & 소프트웨어 자원: 프로세서,메모리,2차 저장소,기타 장치,프로세스,스레드,파일,데이터베이스

무어의 법칙

->프로세스 성능: 18개월마다 2배 증가

->트랜지스터 수: 24개월마다 2배 증가

컴퓨터 하드웨어의 구성(프로세서, 메인메모리, 입출력 장치)

메인보드: 인쇄 회로 기판, 바이오스(하드웨어 초기화)

프로세서: 일련의 기계어 명령어를 실행하는 하드웨어 구성 요소

-CPU: 프로그램의 명령어를 실행하는 프로세서

-보조 프로세서: 특수 목적 명령어들을 효율적으로 실행(그래픽, 디지털 신호 처리기 등)

-명령어 폐치기: 명령어 레지스터에 명령어를 로드

-명령어 해석기: 명령어를 해석하고 이에 해당하는 입력 정보를 실행 처리기에 전달

-산술 논리 장치(ALU): 덧셈, 곱셈 같은 기본적인 산술 연산과 대소 비교 같은 논리 연산 수행

-캐시: 고속 메모리, 메인 메모리에 있는 데이터의 복사본을 저장하여 프로세서의 효율 향상

-레지스터: 프로세서에 위치한 고속 메모리(프로세서가 데이터를 조작하려면 해당 데이터가 레지스터에 위치해야 함)

클록: 컴퓨터 시간은 흔히 사이클(클록틱)을 통해 측정

-사이클: 시스템 클록 생성기가 보낸 전기 신호의 한 진폭

-클록 생성기는 버스가 데이터를 나르는 주기 결정

-초당 사이클 수(Hz, hertz)

* 시스템의 모든 구성요소는 각 장치의 프론트사이드 버스를 기준으로 클록 속도를 정해 작동한다.

메모리: 가장 빠르고 비싼 메모리는 최상위 계층, 가장 저렴하고 속도가 느린 메모리는 최하위 계층

- 휘발성 매체(전원끄면 데이터사라짐): [속도]:레지스터>캐시(SRAM)>메인 메모리(DRAM)

- 비 휘발성 매체(전원꺼도 데이터안사리짐): 하드 디스크, 테이프, CD, DVD 등.

- 메인메모리(임의 접근 메모리): 프로세스가 어떤 순서로든 데이터에 접근 가능

버스: 트레이스의 집합

- 트레이스: 하드웨어 장치들 간에 정보를 전송하는 아주 작은 전기적 연결선

- 포트: 정확히 두 장치를 연결하는 버스

- 입출력 채널: 서너 개 장치에서 입출력 기능을 수행할 때 공유하는 버스

- 프론트 사이드 버스(FSB): 프로세서들을 메모리 모듈에 연결

직접 메모리 접근(DMA): 메모리와 입출력 장치 간의 데이터 전송 효율 향상

- 프로세서->입출력컨트롤러->디스크,메모리컨트롤러,램->프로세서에 인터럽트

- 메인 메모리와 입출력 장치 사이에 데이터를 전송하는데 필요한 작업을 덜어주어 프로세서가 다른 명령어들을 실행할 수 있게되어, 프로그래밍된 입출력(PIO)보다 효율적

주변 장치(컴퓨터가 소프트웨어 명령어를 실행하는데 필수적이지 않은 하드웨어)

하드웨어의 운영체제 지원

프로세서의 기능

->대부분의 운영체제는 프로세서를 통해 보호 메커니즘을 구현.

-프로세스가 할당 받지 않은 메모리에 접근하는 것을 막음

->메모리 보호와 관리

-프로세스가 자신이 할당 받지 않은 메모리에 접근하는 것을 방지

-특권 명령어로만 수정 가능한 프로세서 레지스터를 사용해 구현

->인터럽트와 예외(폴링 사용)

-대부분의 장치는 이벤트 발생 시 프로세서에 인터럽트라는 신호를 보냄

-예외: 오류에 대한 반응으로 발생하는 인터럽트

부트스트랩핑

->운영체제를 메모리에 로드하는 과정

-시스템 하드웨어 초기화

-2차 저장소의 부트 섹터에서 명령어들을 읽어 메인 메모리에 로드

* 시스템을 로드하지 못하면, 컴퓨터의 어떤 하드웨어에도 접근 불가능

플러그 앤 플레이

->운영체제가 새로 설치한 하드웨어를 자동으로 인식하고 사용가능하게 해줌

캐싱과 버퍼링

->캐시(고속 메모리)

-캐시 적중(cache hit)-참조하는 정보가 캐시 메모리에 있는 경우

-캐시 실패(cache miss)-참조하는 정보가 메모리에 없는 경우

-메모리 참조의 상당수가 캐시 적중되어야 성능 향상 가능

->버퍼(서로 다른 속도로 동작하는 프로세스들 사이에 데이터를 임시 보관할 저장 영역)

-소프트웨어와 하드웨어 장치들이 데이터 비동기적 전송(시스템 성능향상)

->스풀링(한 프로세스와 저속 또는 버퍼가 제한된 입출력 장치 사이에 중간 매개체를 두는 기술)

API(Application Programming Interface)

->응용프로그램과 운영체제 사이에 존재하여 프로그래머들이 운영체제에 서비스를 요청할 수 있는 일련의 루틴을 제공

어셈블러: 어셈블리 언어 프로그램을 기계어로 변환(번역프로그램)

컴파일러: 고급 언어를 기계어로 변환

컴파일 단계(컴파일링): (소스코드)->렉서->(토큰)->파서->(추상 구문 트리)->중간 코드 생성기->(저수준 언어)->옵티마이저->(저수준 언어)->코드 생성기->(기계 명령어)

-렉서: 프로그램의 문자들을 토큰으로 분리

-파서: 토큰을 구문적으로 올바른 문장으로 변환

-옵티마이저: 코드의 실행 효율을 높이고 메모리 요구량을 줄임

-코드 생성기: 기계어 명령어를 담고 있는 오브젝트 파일 생성

고급 언어:(포트란>코볼>파스칼,C,에이다>C++>자바>C# [개발순서])

-포트란: 복잡한 수학 계산, 과학 및 엔지니어링 분야 개발 목적

-코볼: 비즈니스 응용 프로그램 개발 목적

-파스칼: 구조적 프로그래밍을 교육할 목적

-C: 유닉스 운영체제를 개발한 언어

-에이다: 병행 프로그래밍을 지원한 최초의 언어

-C++: 객체지향 프로그래밍을 지원

-자바: 웹 비즈니스 분야에서 널리 사용

-C#: 객체지향 언어 지원, 강력한 라이브러리 컴포넌트 지원

링킹: 프로그램에서 참조하는 다양한 모듈을 실행 가능한 한 단위로 통합

-모듈: 독립적으로 개발된 몇 개의 하위 프로그램

-라이브러리: 미리 컴파일된 모듈 패키지

-링킹단계:[1]각 모듈의 크기를 결정하고 심볼 테이블을 형성

-링킹단계:[2]링커가 다른 명령어와 데이터에 주소를 부여하고 외부 심볼 참조를 결정

로딩

->로더: 명령어와 데이터 유닛을 특정 메모리 주소에 배치

->절대 로딩: 프로그래머나 컴파일러가 명시한 주소에 배치

->재배치 가능한 로딩: 실제 메모리 주소로 변환해야 하는 상대 주소를 포함할 때 수행

->동적 로딩: 프로그램의 모듈을 처음 사용하는 시점에 로딩하는 기술

펌웨어(읽기 전용 메모리가 부착된 영구 저장소에 저장되는 실행 가능한 명령어들)

->마이크로프로그래밍(기계어보다 아래계층)으로 프로그래밍

미들웨어(분산 시스템을 위한 소프트웨어)

->네트워크에 있는 여러 컴퓨터에서 실행되는 여러 프로세스가 통신할 수 있게 해준다.

->이기종 컴퓨터 플랫폼에서 응용 프로그램이 실행가능

시험 예상 문제

1.시스템의 모든 구성요소는 동일한 클록 속도로 작동한다. (X)

2.일반적으로 컴퓨터는 어셈블리 코드를 직접 실행한다. (X)

3.기계어 명령어보다 하위 수준인 명령어는 없다. (X)

4.다음 하드웨어 장치들이 다음 어떤 설명과 가장 잘 부합하는지 말하라. (답이 둘 이상 있을 수도 있다.)

가.메인보드	나.프로세서	다.버스
라.메모리	마.하드 디스크	바.주변 장치
사.3차 저장소	아.레지스터	자.캐시

a.프로그램의 명령어를 실행한다. [프로세서]

b.컴퓨터가 프로그램 명령어를 실행하는 데는 필요하지 않다. [버스]

c.휘발성 저장 매체다. [레지스터,캐시]

d.시스템의 프로세서를 메모리, 2차 저장소, 주변 장치 등과 연결하는 PCB다. [캐시]

e.컴퓨터 시스템에서 가장 빠른 메모리다. [레지스터]

f.하드웨어 장치 간에 데이터를 전송하는 트레이스들의 집합이다. [버스]

g.응용 프로그램의 성능을 향상시키는 빠른 메모리다. [캐시]

h.프로세서가 직접 참조할 수 있는 것 중 메모리 계층 구조에서 가장 낮은 수준의 메모리다. [3차저장소]

5.다음 목록을 가장 빠르고 비싼 메모리에서 가장 느리고 저렴한 메모리 순서로 정렬하라.

(레지스터>L1캐시>L2캐시>메인 메모리>2차 저장소>3차 저장소)

3장 프로세스 개념

프로세스

->시스템을 동작시키고 동시에 수행하는 많은 활동을 관리

->프로세스 상태를 변화

프로세스 정의: 실행 중인 프로그램(program in execution)

->주소 공간

-텍스트 영역: 프로세서가 실행하는 코드를 저장하는 영역

-데이터 영역: 변수들을 저장하는 영역, 동적으로 할당 받은 메모리 공간

-스택 영역: 호출된 프로시저용으로 지역 변수와 명령어들을 저장하는 공간

프로세스 생명 주기

->프로세스 생명 주기 동안의 구분된 프로세스 상태

-실행 상태: 프로세스가 프로세서에서 실행 중

-준비 상태: 프로세스가 프로세서에서 실행 가능

-블록 상태: 프로세스가 작업을 진행하기에 앞서 특정 이벤트 발생을 대기

->준비 리스트와 블록 리스트

-준비 리스트: 우선순위 정보를 포함, 우선순위가 가장 높은 첫 번째 프로세스가 프로세서를 할당

-블록 리스트: 블록된 프로세스가 기다리는 이벤트가 발생하는 순서로 블록 해제

프로세스 관리: 운영체제는 프로세스에 기본적인 서비스를 수행

-프로세스 생성(create) -프로세스 소멸(destroy) -프로세스 일시 정지(suspend)

-프로세스 재 시작(resume) -프로세스 우선순위 변경(change priority) -프로세스 블록(block)

-프로세스 깨우기(wake up) -프로세스 디스패치(dispatch) -Inter-Process communication(IPC)

프로세스 상태(process state)

->디스패칭(dispatching): 준비 리스트에 있는 첫 번째 프로세스에 프로세서를 할당하는 것

->인터럽팅 클록(interrupting clock): 한 프로세스가 시스템의 프로세서를 독점하는 일을 방지하는 것

프로세스 상태 전이(process state transitions)
->네 가지 상태 전이
-프로세서를 할당 받음: 준비상태->실행상태로 전이 -할당 받은 시간 완료: 실행상태->준비상태로 전이 -프로세스가 블록: 실행상태->블록상태로 전이 -대기하던 이벤트 완료: 블록상태->준비상태로 전이

프로세스 제어 블록(PCB): 프로세스를 관리하는 데 필요한 정보를 보관

-프로세스 식별 번호(PID) 운영체제가 각 프로세스를 식별할 수 있게 하기 위해

-프로세스 상태

-프로그램 카운터 (프로세서가 다음에 실행할 명령어를 가리키는 값)

-스케줄링 우선순위

-권한(credential) (프로세스가 접근할 수 있는 자원을 결정하는 정보)

-부모 프로세스 (해당 프로세스를 생성한 프로세스를 가리키는 포인터)

-자식 프로세스 (해당 프로세스가 생성한 프로세스들을 가리키는 포인터)

-프로세스의 데이터와 명령어가 있는 메모리 위치를 가리키는 포인터

-프로세스에 할당된 자원들을 가리키는 포인터

프로세스 테이블: 각 프로세스의 PCB를 가리키는 포인터 리스트를 유지

->PCB에 빠르게 접근

->프로세스가 종료하면, 자원 해제 및 프로세스 테이블에서 해당 프로세스 제거

프로세스 연산

->프로세스는 새로운 프로세스를 생성(spawn)

-부모 프로세스, 자식 프로세스(한 부모를 가짐)

->프로세스가 소멸 될 경우(2가지)

-부모 프로세스가 소멸될 때 자동으로 자식 프로세스들도 소멸

-자식 프로세스가 부모에 독립적으로 계속 실행되면, 부모프로세스의 소멸이 자식에 영향을 미치지 않음

프로세스 일시 정지

-아직 소멸되지 않고 프로세스 차지 경쟁 대열에서 무기한으로 배재 -악성 코드 실행과 같은 보안 위협 요인을 추적하거나 디버깅할 때 유용 -해당 프로세스 혹은 다른 프로세스에 의해 발생
일시 정지 준비(suspendedready)
일시 정지 블록(suspendedblocked)

문맥 교환(context switches)

->운영체제에 의해 실행 중인 프로세스를 멈추고 준비 상태에 있던 다른 프로세스를 실행하는 것을 뜻함

->실행 중인 프로세스의 실행 문맥을 해당 프로세스의 PCB에 저장

->실행할 준비 상태 프로세스의 이전 실행 문맥을 PCB에서 읽어 로드

->기본적으로 프로세스에 투명(transparent)해야 함(프로세스가 자신이 프로세서에서 제거되는 상황을 인지 못하게) * 문맥 교환이 일어나는 동안 프로세서는 ‘의미 있는’ 작업을 수행할 수 없음.

->문맥 교환은 순전히 ‘오버헤드’며 매우 빈번하게 발생, (운영체제는 문맥 교환에 드는 시간을 최소화해야함)

인터럽트(interrupts)

->소프트웨어가 하드웨어로부터 오는 신호에 반응할 수 있게 함

-프로세서는 프로세스의 명령어를 실행한 결과로 인터럽트를 발생(동기성)

-프로세서의 현재 명령어와 관련 없는 이벤트에 의해서도 인터럽트 발생(비동기성)(키보드,마우스작동)

-적은 오버헤드

-폴링(polling):인터럽트의 대안(프로세서가 각 장치의 상태를 반복적으로 확인, 복잡하면 오버헤드 증가)

인터럽트 처리

-인터럽트 컨트롤러를 통해 우선순위에 맞게 인터럽트 처리

-현재 명령어 실행을 완료하면 현재 프로세스의 실행을 멈춤

-제어 권을 적절한 인터럽트 처리기에 넘김

-인터럽트 유형을 기반으로 수행

-인터럽트 처리기 완료 후, 인트럽트 된 프로세스의 상태 복구

-인터럽트 된 프로세스 실행

프로세스 간 통신(IPC)

->멀티프로그래밍 네트워크 환경

->공통의 목적을 달성하기 위해 서로 협력

신호(Signal): 프로세스에 이벤트가 발생했음을 알리는 소프트웨어 인터럽트

->프로세스들이 다른 프로세스와 교환할 데이터를 명시하지 않음

->프로세스가 신호에 응답할 세 가지 방법: 잡음(catch), 무시(ignore), 마스킹(masking)

메시지 전달(message passing)

->분산 시스템들이 신호보다 메시지 전달에 의존

->단방향, 양방향 가능

->블록킹 송신: 수신자가 메시지를 수신할 때까지 대기

->넌블록킹 송신: 송신자가 수신자의 메시지를 안받아도 다른 작업을 계속 수행가능한 전송 방식

->파이프: 메시지 전달 구현

유닉스(UNIX) 프로세스

-가상 주소 공간(virtual address apcase)이라는 일련의 메모리 주소를 제공 받음

-PCB(프로세스 제어 블록)를 사용자 프로세스가 접근할 수 없는 보호된 메모리 영역에 유지

-유닉스 PCB

1.프로세서 레지스터의 내용

2.프로세스 식별자(PID)

3.프로그램 카운터

4.시스템 스택

-모든 프로세스는 프로세스 테이블에 리스트

-시스템 호출을 통해 운영체제와 상호 작용(fork 시스템 호출을 통한 자식 프로세스 생성)

- -20 ~ 19 사이의 정수로 프로세스 우선순위를 가짐

-데이터 통신을 위해 신호나 파이프 메커니즘 제공

OX 퀴즈

1. ‘프로세스’와 ‘프로그램’은 동의어다. (X)

2. 특정 시간에 컴퓨터에서 오직 한 프로세스만 실행할 수 있다. (X)

3. PCB 구조는 운영체제의 구현에 따라 다르다. (O)

4. 한 프로세스가 부모 프로세스를 전혀 갖지 않을 수도 있다. (O){root프로세스}

4장 스레드 개념

4.2 스레드(thread)

->프로세스 내부에 존재하는 수행 경로, 즉 일련의 실행 코드(프로세스는 단순한 껍데기일 뿐, 실제 작업은 스레드가 담당한다. 프로세스 생성 시 하나의 주 스레드가 생성되어 대부분의 작업을 처리하고 주 스레드가 종료되면 프로세스도 종료된다.

->경랑 프로세스(LWP)라고도 하며, 많은 프로세스 속성을 공유.

-프로세스에 속한 주소 공간은 해당 프로세스에 속한 모든 스레드에 공통으로 접근가능

-레지스터, 스택, 신호 마스크처럼 스레드마다 있는 특정 데이터들은 각 스레드만 접근 가능

->프로세스에 있는 스레드들은 병행으로 실행되면서(멀티스레딩) 공통의 목표를 이루려고 협력

- * 하나의 운영체제에 여러 개의 프로세스가 동시에 실행되는 환경: 멀티 태스킹

- * 하나의 프로세스 내에서 다수의 스레드가 동시에 수행되는 것: 멀티스레딩

4.3 멀티스레딩: 소프트웨어 설계, 성능, 협력부분에서 큰 효과를 나타냄

4.4 스레드 상태: 생명주기

탄생->준비->실행->종료->블록->대기->휴먼

탄생(bom)- 스레드의 생성

준비(ready)- 프로그램이 스레드를 시작

실행(running)- 우선순위가 높은 준비 상태 스레드가 프로세서를 할당 받음

데드(dead)- 작업을 완료하거나 다른 방식으로 종료(해당 스레드는 자원 해제 및 시스템에서 제거)

블록(blocked)- 입출력 요청이 완료되기를 대기

대기(waiting)- 특정 이벤트 발생(다른 스레드의 신호나 마우스 움직임 등)

통지(notify)- 대기 상태일 때 준비상태로 바꾸라고 이벤트를 주는 것

휴먼(sleeping)- 휴면 간격이라는 일정 시간 동안 휴면 상태에 들어감

4.5 스레드 연산

->스레드와 프로세스는 공통된 많은 연산들을 소유: create, exit, resume, suspend 등

->몇몇 연산은 스레드와 프로세스가 일치하지 않음: cancel, join(결합)

4.6 스레딩 모델

사용자 수준 스레드(다대일 스레드 맵핑)

- 초기 운영체제에서 사용, 사용자 영역에서 스레드 연산을 수행

- 한 프로세스에 속한 모든 스레드가 단일 실행 문맥에 맵핑됨(사용자 영역)

커널 수준 스레드(일대일 스레드 맵핑 제공(상호작용성 증가))

- 각 스레드 마다 고유한 실행 문맥을 맵핑하는 방법으로 사용자 수준 스레드의 한계 해결

사용자 수준과 커널 수준 스레드의 조합(다대다 스레드 맵핑(m-to-m))

- 스레드 풀링을 통해 오버헤드 문제 해결

4.7 스레드 구현 시 고려 사항

스레드 신호 전달

- 동기 신호: 프로세스나 스레드가 실행한 명령어의 직접적인 결과로 발생

- 비동기 신호: 현재 실행하는 명령어와 무관한 다른 이벤트에서 발생

* 프로세스는 신호 마스킹을 통해 여러 스레드가 받을 신호를 나눌 수 있음

* 신호 마스킹은 운영체제가 신호를 받을 스레드를 결정할 수 있게 해줌

스레드 종료: 취소 신호 마스킹을 사용해 중단 가능

4.8 POSIX와 Pthread: POSIX 스레딩 API를 사용하는 스레드를 Pthread라고 함

4.9 리눅스 스레드(스레딩을 가능하게 하려고 clone이라는 수정된 버전의 fork 시스템 호출을 제공)

5장 비동기식 병행 실행

5.1 스레드의 병행(Concurrent)

- 한 시스템에서 동시에 여러 스레드 존재

- 독립적 실행 또는 협력 실행

- 비동기적 실행(독립적으로 실행, 때로는 의사 소통하고, 동기화해 협력)

5.2 상호 배제(Mutual exclusion): 어느 한 스레드가 공유 변수를 갱신하는 동안에는 다른 스레드들이 동시에 접근 방지

- 공유 변수에 대한 접근 제어 부재 시 오류 발생(즉, 스레드가 같이 동시에 공유자원에 접근할 경우)

- 각 스레드의 공유 변수에 대한 배타적인 접근(Exclusive access) 필요

- 공유 변수에 대한 순차화(Serializing) 접근

- 임계 영역: 수정 가능한 공유 데이터에 한번에 한 스레드만 특정 자원에 접근 실행 가능, 종료 정리 작업(스레드 종료 시, 상호 배제를 해제)

- 상호 배제 프리미티브: 스레드의 임계영역에서 일어나는 일을 캡슐화

5.4 상호 배제 문제에 대한 소프트웨어 해결책

데커의 알고리즘(망한 각 버전의 문제점을 살펴보자)

-1버전. 고정된 동기화와 바쁜 대기 문제 발생

-2버전. 상호 배제 위반

-3버전. 교착 상태 발생

-4버전. 무기한 연기 발생

데커의 알고리즘(다익스트라가 개선하여 적합한 해결책을 찾은 것을 살펴보자)

-선호 스레드 개념 사용(임계 영역에 여러 스레드 접근 시 먼저 진입 가능(충돌해결))

-상호 배제 보장, 교착 상태, 무기한 연기 방지

페터슨의 알고리즘(바쁜 대기, 선호 스레드를 사용해 상호 배제를 이루는 데커보다 더 간단한 알고리즘)

-바쁜 대기, 선호 스레드 사용

-상호 배제 프리미티브 수행 시, 적은 요구 단계

-스레드가 갑자기 종료 되지 않는 한, 표착 상태, 무기한 연기는 일어나지 않음

램포트의 베이커리 알고리즘(n-tread 상호 배제)

-티켓 뽑기 시스템 사용(오름차순, 티켓의 번호가 가장 낮은 스레드 실행)

5.5 상호 배제 문제에 대한 하드웨어 해결책

인터럽트 비활성화(문제점: 스레드가 임계 영역에서 입/출력 이벤트 기다릴 때 교착상태 발생)

테스트 후 설정 명령어(읽기-수정-쓰기 메모리 연산) / 2개의 인수사용 수행후에 2번째 인수가 항상 ‘참’

*Q.testAndSet 명령어는 상호 배제를 강제한다(X)

스왑 명령어(값을 원자적으로 교환, ex: swap(a,b) ) / 2개의 인수사용 호출이전에 2번째인수=1번째인수

5.6 세마포어(상호 배제를 이루는 또 다른 방법, 철학자들의 만찬 문제 해답, 이해해둘 것.)

-보호 변수를 하나 사용하여 P와 V연산을 함(둘 중 한 연산만 접근 수정 가능, 임계영역에 들어가고 싶으면 P연산(1감소)을 호출, 임계영역을 나오고 싶으면 V연산(1증가)을 호출)

-P연산을 생략하면 상호 배제를 강제할 수 없다.

-V연산을 생략하면 P연산 때문에 대기하는 스레드들이 교착상태에 빠질 수 있다.

*Q. 스레드 간 의사소통과 동기화는 비동기로 실행된느 스레드들 간에만 필요하다(X:프로세스에서도 필요)

*Q. 전반적으로 서로 독립적으로 동작하는 스레드들이라도 이따금씩 의사소통하는 경우라면 동기실행이라고 한다(X)

*Q.스레드는 한 번에 오직 한 세마포어 대기 큐에만 있을 수 있다(O)

*Q.카운팅 세마포어에서 V연산은 항상 1만 더한다(X)

6장 병행 프로그래밍

* 모니터, 조건 변수, 원격 프로시저 호출을 사용한 프로세스 간 통신에 대해 다룸

6.2 모니터(데이터와 프로시저를 모두 포함하는 객체, 순차적으로 재사용 가능한 특정 공유 자원)

->모니터를 통한 스레드의 자원 반납: 새로 도착한 스레드보다 이미 대기 중인 스레드에 높은 우선순위

->모니터를 사용한 간단한 자원 할당: 모니터 진입 루틴 호출(안에 있는 스레드가 작업을 마칠 때 까지 스레드는 밖에서 대기)

->상태 변수(자원의 사용 여부를 나타냄)

->조건 변수

-wait: 자원을 사용할 수 없음을 발견한 스레드들은 이 조건 변수를 [대기]

-siganl: 자원을 반납하는 스레드는 이 조건 변수를 [신호]

->원형 버퍼[배열사용] (교재 생산자/소비자 문제에서 사용)

-소비자: 데이터가 저장된 순서대로(FIFO) 데이터를 제거

-생산자: 배열의 마지막 칸까지 채워나감(데이터가 꽉차면 배열의 첫 번째 칸부터 데이터를 채워나감), 소비자보다 데이터를 앞서 갈 수 있음

6.3 자바 모니터

Synchronized: 자바 객체에 상호 배제 기능을 부여

자바 Wait 메소드: 호출하는 스레드가 객체에 대한 잠금을 해제

자바 Notify 메소드: 대기 집합에 있는 스레드 중 하나를 깨움(둘 이상의 스레드가 모니터에 접근할 시 유용)

자바 NotifyAll 메소드: 엔트리와 대기 집합에 있는 모든 스레드를 깨움(오버헤드가 큼)

* 정보은닉: 그냥 정보은닉 키워드가 있다는 것만 생각해 둘 것.

문제

Q. 각 모니터는 조건 변수를 정확히 하나만 포함한다(X: 스레드가 wait를 호출할 수 있는 상황 수만큼)

Q. 조건 변수에 FIFO(큐) 대신 우선순위 큐를 사용한다면? ->우선순위가 낮은 스레드가 무기한 연기될수

Q. 1990년대 이전에 개발된 고수준병행 프로그래밍 언어 중 실제 시스템을 구현하는 기능을 갖춘 것(에이다)

* 중간고사 

정보처리기사 운영체제과목에서 아예 다 나올 수도 있음(시험범위만 포함X 운영체제 전체적)

리눅스

: 대형 기종에서만 작동하던 운영체제인 유닉스를 기반으로 개인용 컴퓨터에서 작동할 수 있게 만든 공개용 운영체제 (개발자:리누스 토발즈)

하둡

:대용량 데이터 처리를 위해 컴퓨터 클러스터에서 동작하는 분산 응용 프로그램을 지원하는 오픈 소스 프레임 워크