📚 [CS면접] 웹 면접 질문 [16] [운영체제]

1. 운영체제의 역할

- CPU 스케줄링 & 프로세스 관리

- 메모리 관리

- 디스크 파일 관리

- I/O 디바이스 관리

 

* 프로세스란 ?

실행중인 프로그램을 의미한다. 하드디스크에 있는 프로그램을 실행하면, 실행을 위해서 메모리 할당이 이루어지고, 할당된 메모리 공간으로 바이너리 코드가 올라가게 된다. 이 순간부터 프로세스라 불린다. 

 

운영체제의 목적 

자원을 효율적으로 관리하고 사용자가 편리하게 사용할 수 있는 환경을 제공하기 위함

 

2. CPU 스케줄링

CPU 스케줄링은 언제 어떤 프로세스에 CPU를 할당할지 결정하는 작업. 이 알고리즘은 CPU 이용률은 높게, 주어진 시간에 많은 일을 하게, 준비 큐에 있는 프로세스는 적게, 응답시간은 짧게 설정하는 것을 목표로 한다.

 

비선점형 스케줄링

어떤 프로세스가 CPU를 점유하고 있다면 이를 뺏을 수 없는 방식. 강제로 프로세스를 중지하지 않는다. 따라서 문맥 교환(Context Switching)으로 인한 부하가 상대적으로 적지만 프로세스의 배치에 따라 효율성 차이가 많이 나게 된다.

 

- FCFS(First-Come-First-Served)

말 그대로 도착한 순서대로 프로세스에 CPU를 할당해주는 스케줄링 방식이다.형평성은 뛰어나지만 효율성 측면에서 떨어진다.

 

- SJF (Shortest-Job-First)

실행시간이 짧은 순서대로 CPU를 할당해주는 스케줄링 방식이다.

FCFS 보다는 평균 대기시간이 줄어들지만 오래 걸리는 프로세스는 기아 현상(무한 대기)이 발생할 수 있다.

 

- Priority

각각의 프로세스에 우선순위 넘버가 있는 알고리즘. 예를 들어 SJF 알고리즘의 경우, 낮은 우선 순위의 프로세스가 절대 실행되지 않는 기아(Starvation) 문제가 발생할 수 있는데 이를 해결하기 위해서 노화(aging)를 사용할 수 있다. 오래된 작업의 우선순위를 높여주는 식.

 

선점형 스케줄링

현대 운영체제가 사용하고 있는 방식으로, 어떤 프로세스가 CPU를 할당받아 실행 중이더라도 운영체제가 이를 강제로 뺏을 수 있는 방식. 알고리즘에 따라 강제로 중단시키고 다른 프로세스에 CPU를 할당하는 방식이다. 처리 시간이 매우 긴 프로세스의 CPU 사용 독점을 막을 수 있어 효율적인 운영이 가능하지만 잦은 컨텍스트 스위칭으로 인해 오버헤드(Overhead)가 커질 수 있다.

 

- 라운드 로빈 (RR, Round Robin)

각 프로세스는 동일 크기의 CPU 할당시간을 갖는다. 할당시간이 끝나면 인터럽트가 발생하여 프로세스는 CPU를 빼앗기고 CPU 큐의 제일 뒤에 줄은 선다. n 개의 프로세스가 CPU 큐에 있는 경우 어떤 프로세스도 (n-1) * 할당시간 이상 기다리지 않는다. 

현대 컴퓨터가 사용하는 우선순위 스케줄링이다. 각각의 프로세스에 동일한 할당 시간을 부여해서 해당 시간 동안만 CPU를 이용하게 한다. 할당 시간 내에 처리를 완료하지 못하면 강제 중단 후 다음 작업으로 넘어가므로 선점형 방식이다.

응답 시간을 빠르게 할 수 있다는 장점이 있지만 할당 시간이 길면 FCFS처럼 작동하고, 반대로 할당 시간이 너무 짧으면 process sharing이라고 부른다. 이것은 n개의 프로세스가 프로세서 속도의 1/n 씩으로 작동함을 의미한다.

 

3. 메모리 관리

디스크에 있는 실행파일을 실행하면 바로 메모리에 올라가는 것이 아니라 가상메모리 공간에서 필요한 부분을 메모리 영역으로 로드한다. 이 때 사용하지 않는 부분은 디스크의 스왑영역에 보관된다. 디스크(파일시스템)은 컴퓨터가 꺼지더라도 정보가 저장되어 있지만 메모리는 휘발성 저장공간으로 정보가 사라지게 된다. 디스크(스왑영역)은 저장은 되어 있지만 메모리 공간이 사라지게 되므로 의미가 없는 공간이 된다. 

 

프로세스를 쪼개지는 단위를 페이지(Page)라고 한다. 

 

CPU가 요청한 페이지가 메모리 공간을 모두 차지했을 때 운영체제는 효율성을 체크하게 된다. 

메모리 관리에는 LRU 와 LFU 두 가지 방식이 존재한다.

 

- LRU (가장 오래 전에 참조 페이지 삭제)

- LFU (참조 횟수가 가장 적은 페이지 삭제)