운영체제 (OS) 와 프로그램의 기초

OS 및 프로그램의 동작원리

• 응용 프로그램 == 프로그램 == Application
  
• 하드웨어 = Program이 동작되는 머신
  • 내부자원: CPU + Memory
  • 외부 자원 (입출력: Input Output): 네트워크 IO, 저장장치 IO, Mouse, Keyboard, ...
  • 속도가 제일 느림
  • 용량이 제일 큼
• 소프트웨어 = OS (시스템 소프트웨어) + Application
  • OS: OS 운영체제 - 아래 Applicationd에게 하드웨어를 제공함
  • Application
    • Shell: 유저가 Kernel을 직접 다루기는 어려워 응용 소프트웨어로 간편한 제어 및 사용을 제공함
    • 그 외의 모든 Application: 유저가 다운받고, 설치해서 사용하는 모든것
  • 두가지 API
    • OS: 하드웨어를 사용하는 방법
    • Shell = OS를 사용하기 위한 API를 더 쉽게 만들어주는 API = OS를 더 잘 사용하게 해줌!
      

      

  • 동작 원리:
    • OS (= Kernel)은 커널 부팅 직후 초기화 프로세스를 시작함
      • 시스템에 필요한 프로세스가 자동을 실행되는 단계
      • 초기화 프로세스:
        1. Karnel(커널) 부팅이 끝남
           • 하드웨어에 문제가 없는지 확인
           • OS가 하드웨어의 모든 기능을 제어하게 되었을 때
        2. 초기화 프로세스 준비:
           • 앞으로 필요한 모든 프로세스를 시작함
           • PID 1번이 부여됨
        3. 초기화 시스템이 초기화 프로세스를 시작함
           • 구성파일을 읽고 구성 상태에 따라 서비스와 프로세스를 시작함
           • 초기화 시스템: Linux Service vs Daemon Management
             • 과거방법: SysVInit ("init")
               • 한번만 수행 후 종료 <- 이후 개별 프로세스 추적 불가능
             • 현재방법: SystemD (Daemon Process)
               • 한번 수행 이후 계속 Daemon 형태로 있어 개별 프로세스 추적이 가능함What is Daemon?
  • 프로세는 두가지 종류가 있음
    • Foreground Process (부모가 있음)
    • Background Process (부모가 없음)
      • 우리도 모르게 동작중인 Background Process를 Linux에서 Daemon이라고 부름
        • ex.) 리눅스에서 끝에 d가 붙는 프로스세스들이 모드 Daemon이다: sshd, httpd, ...

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Program vs Process vs Thread

• Program: 실행이 가능한 상태 (정적)
• Process: 실행중인 상태 (동적) = 자원이 할당 됨
  • Heap 영역이 있음
  • 다수의 Thread를 가질 수 있음
    • Thread끼리 통신하기 위한 방법:
      • Process의 Heap 영역에서 통신을 진행함
        • Heap: 다리 역할
• Thread:
  • Stack 영역이 있음
  • 함수를 실행하기 위한 것들이 들어가 있음
    • ex.) 변수, ...
  • Thread 마다 이것들을 가지고 있음
    • Program Counter = 실행 위치
    • 명령어 Register = 실행 함수
    • 스택 영역 = 실행 변수

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Program이 실행되는 방식

• CPU can only read Machine Language!
• 프로그램이 동작하는 기본 원리: 기계어가 머신에서 해석되어 실행되는 것
  • 기계어(Program)을 만드는 방식 두가지 (만들어지면 Process라고 부름):
    1. Complie
       • result: Machine Language
       • "번역": 파일을 통으로 변환하여 수행함
       • ex.) 대표적인 Compile 언어인 C 개발시
         • C code -> GCC (Compiler) -> Assembly & Linking (Linking Libraries) -> Machine Lanuage Executable (= Binary code) -> Runs
           

           

    2. Interpret
       • result: Machine Language
       • "통역" 한줄 한줄 변환함
       • ex.) 대표적인 Interpreter 언어인 Java 개발시
         • 여기서도 Compile하는 과정이 필요함!
         • Java Code -> Compile -> JAR (중간 기계어로 변환하는 과정 - .class) -> JVM (Interpreter) -> 각 OS에 맞게 Interpret함 (각 OS 마다 읽을 수 있는 기계어가 다름) -> Runs
           

           

       • Compile과 Run Time이 나눠져 있음
         • Compile Error: 컴파일 시 인지되는 문법 오류 등을 발생시키는 오류
         • Runtime Error: 실제 동작중에 발생하는 에러
           

           

Blocking vs Non-Blocking & Synchrouous vs Asynchrous

• 둘이 다르지만 조합해서 사용하진 않음
• 연속성: Blocking & Non-Blocking = 일반적으로 CPU가 멈추는것을 의미함
  • Blocking: 하나의 작업이 간간히 방해받으며 수행된다
    • 방해: 주기적인 프로그램 실행상태를 확인하는 등
  • Non-Blocking: 하나의 작업이 어떠한 방해도 받지 않고 수행된다
  • 웹 개발에서 자주 사용되지 않음
  • CPU Scheduling과 관련있음
• 동시성: Synchronous vs Asynchronous
  • Synchronous: 앞선 작업이 완료되어 그 다음 작업을 수행할 수 있다
    • 작업이 완료될때까지 하던 작업을 멈추고 대기함
  • Aysnchronous: 앞선 작업이 완료되는말든 그 다음 작업을 수행할 수 있다
    • 작업이 완료되는말든 하던 작업을 그대로 진행함
      • 작업이 완료되면 완료되었다고 응답을 받음: Callback 함수
  • Network 작업에 관련있음