📚 [CS면접] 운영체제(OS)란 ?

💡운영체제란 ?

운영체제는 하드웨어 자원을 관리하고, 응용 프로그램와 하드웨어 사이를 중재하는 인터페이스를 의미

인터페이스 : 서로 다른 두 개의 시스템 사이에서 정보나 신호를 주고 받는 접점이나 경계를 의미

 

 

커널이란 ?

기본적으로 프로그램이 실행되기 위해서는 주기억장치에 적재된 상태여야 합니다.

운영체제 역시 프로그램이기 때문에 메인 메모리에 적재가 되어야 하나, 운영체제의 크기가 너무 커서 전체를 다 메인 메모리에 올리게 된다면 비효율적입니다. (메모리 공간의 낭비)

 

따라서 커널(kernel)이라고 하는 항상 필요한 운영체제의 핵심 부분만을 메인 메모리에 적재하여 운영체제를 사용하게끔 합니다.

즉, 커널은 메모리에 상주하는 운영체제의 핵심 부분이라고 할 수 있습니다.

 

 

메모리의 구조를 영역에 따라 설명 ?

- 코드 영역(텍스트 영역)

실행할 프로그램의 코드가 저장되는 영역으로, '텍스트' 영역이라고도 부릅니다. CPU는 해당 코드 영역에 저장된 명령어를 하나씩 가져가서 처리하게 됩니다.

 

- 데이터 영역(static 영역)

 전역 변수와 정적 변수가 저장되는 영역으로, 프로그램이 시작하는 동시에 할당되며, 프로그램이 종료되면 소멸합니다.

 

- 힙 영역 (Heap)

 사용자가 직접 관리하는 영역이며 메모리 공간이 동적으로 할당 및 헤제됩니다. 동적으로 할당되므로 new로 생성한 object가 많아질 수록 힙 영역의 크기가 늘어나게 됩니다.

 

- 스택 영역 (Stack)

 함수의 호출에 따른 지역변수와 매개변수가 저장되는 영역으로, 컴파일 시 크기가 결정됩니다. 함수의 호출과 함께 할당되고, 함수의 호출이 종료되면 소멸합니다.

 

 

메모리의 힙 영역을 크게 잡게 되면 발생하는 일?

힙 영역은 스택 영역과 다르게 직접 생성된 변수를 제거를 통해 메모리 관리가 필요합니다. 

만약 메모리의 힙 영역이 너무 크다면, 넓은 힙 영역에 존재하는 동적 변수에 대해 참조 여부를 확인해야 하기 때문에 Garbage Collect의 수행시간이 너무 길어지게 됩니다.

 

따라서 Java의 JVM에서도 처음부터 힙 영역을 크게 잡지 않고, Heap 영역이 꽉 찼을 때 GC 진행 후 Heap 영역을 확장하게 됩니다.

 

 

메모리의 힙 영역과 스택 영역의 차이점

	스택 영역 (Stack Area)	힙 영역 (Heap Area)
저장하는 데이터	지역변수, 매개변수	동적으로 생성된 변수 (new 연산자)
크기가 결정되는 타이밍	컴파일 (Compile)	런타임 (Runtime)
크기 제한	스택 크기가 제한되어 있다.	크기가 제한되어있지 않다. (늘어남)
주소 할당 방향	높은 주소 → 낮은 주소	낮은 주소 → 높은 주소
비교	힙에 비해 빠르다, 함수에 종료에 따라 소멸되므로 별다른 관리가 필요 없다.	스택에 비해 느리다, 직접 힙 영역 관리 필요

두 영역은 같은 물리 메모리 공간을 공유하는데, 스택은 높은 주소에서 낮은 주소로, 힙은 낮은 주소에서 높은 주소로 채워지기 때문에 서로의 영역을 누가 침범하느냐에 따라 heap overflow, stack overflow가 발생할 수 있습니다.

 

참고로, 메모리의 위쪽에 위치할 수록 낮은 주소이며, 아래쪽에 위치할 수록 높은 주소입니다.

 

프로세스와 스레드의 차이

1) 프로세스

- 메인 메모리(주기억장치)에 적재되어 실행되는 프로그램을 의미합니다.

- PCB, code, data, heap, stack 영역을 갖습니다.

- 프로세스별 각각의 영역을 갖기 때문에 별다른 동기화 작업이 필요하지 않습니다.

- 프로세스별 각각의 영역을 갖기 때문에 context switching 비용이 큽니다.

- 프로세스 쓰레드보다 무겁기 때문에 생성 시간이 더 깁니다.

- 한 프로세스에서 오류가 생기더라도 다른 프로세스에 영향을 주지 않습니다.

 

2) 쓰레드

- 한 프로세스 내의 실행 단위, 실행의 흐름을 의미합니다.

- stack 영역만 별도로 갖고, 나머지 영역(code, data, heap)에 대해서는 해당 쓰레드를 포함한 프로세스의 자원을 공유합니다.

- stack 영역 외부의 공유 자원에 대해 접근 시 동기화 작업이 필요합니다.

- stack 영역 외부를 공유하므로 컨텍스트 스위칭 비용이 적습니다.

- 쓰레드는 프로세스보다 가볍기 때문에 생성 시간이 더 짧습니다.

- 한 쓰레드에서 오류가 생기면, 나머지 프로세스 내의 쓰레드에 영향을 줄 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

출처: https://hoons-dev.tistory.com/95