기술 면접 준비하기 - 운영체제

운영체제의 주요 기능은?

• 운영체제는 컴퓨터 하드웨어 소프트웨어 자원을 관리하며 컴퓨터와 사용자 사이의 인터페이스를 제공한다.
• 주요 기능
  • 프로세스 관리 : 프로세스의 생성, 스케줄링 등을 담당
  • 메모리 관리 : 메모리 할당, 해제, 스왑핑 등을 관리. 가상 메모리, 페이징, 세그멘테이션 기법등을 사용
  • 파일 시스템 관리 : 파일 및 디렉터리 구조를 제공. 파일 저장, 검색, 삭제등의 작업을 수행
  • 입출력 시스템 관리 : 다양한 입출력 장치와 상호작용을 관리

메모리의 구조

메모리는 크게 Code, Data, Heap, Stack영역으로 이루어져 있습니다. 

프로세스와 스레드의 차이

• 프로세스는 실행중인 프로그램의 인스턴스로 별도의 메모리 공간을 가진다. 각 프로세스는 자체 주소 공간을 가지고 있어 다른 프로세스와 독립적으로 실행된다.  IPC 메커니즘을 사용하여 프로세스간 통신이 이루어진다. 
• 스레드는 프로세스 내에서 실행되는 작업의 단위로, 같은 프로세스 내의 스레드들은 메모리 공간을 공유한다. 스레드간 통신은 공유 메모리를 통해 쉽게 이루어진다. 

프로세스의 상태 전이

프로세스는 실행되는 동안 여러 상태를 거친다. 

• 준비(Ready) : 프로세스가 실행을 기다리고 있는 상태.
• 실행(Running) : 프로세스가 CPU를 할당받아 명령어를 실행중인 상태
• 대기(Waiting) : 입출력등으로 인해 대기중인 상태. 필요한 자원이 사용 가능할 때 까지 대기상태를 유지

CPU 스케줄링

• CPU 스케줄링은 실행 가능한 프로세스들의 집합 중에서 어느 프로세스를 다음에 실행할 지를 결정하는 정책을 의미한다. 
• 스케줄링 알고리즘은 크게 비선점형과 선점형으로 나눌 수 있습니다. 
• 비선점형 : 스케줄러는 실행중인 프로세스가 스스로 CPU를 포기하기를 기다림
  • FCFS(First Come, First Served)
    • 먼저 CPU를 요청한 프로세스를 처리
  • SJF(Shortest Job First)
    • 가장 짧은 실행 시간을 가진 작업을 먼저 실행
• 선점형 : 스케줄러는 프로세스를 인터럽트 하여 context switch를 발생시킴
  • STCF(Shortest Time to Completion First) 
    • 새로운 job이 시스템에 들어오면, 스케줄러는 남아 있는 작업과 새로운 작업의 남은 실행시간을 비교하여 가장 적은 실행시간을 가지는 작업을 스케줄링
  • RR(Round Robin)
    • 작업을 타임 슬라이스라고 불리는 시간 동안만 실행하고, 모든 작업이 끝날 떄까지 실행 큐에 있는 작업들로 변경해 가며 작업을 수행

 

• SJF, STCF는 워크로드에 대한 사전 지식이 필요하다.(실제 세계에서는 잘 작동하지 않음)
• RR은 응답시간은 우수하지만, 반환시간이 좋지 않다. 

 

• MLFQ(Multi Level Feedback Queue)

MLFQ는 작업의 특성에 따라서 우선순위를 부여한다.

• Interactive Jobs
  • 짧은 실행시간, 빠른 응답시간이 요구됨.
  • 작업들은 I/O를 수행하는 동안 반복적으로 CPU를 양보함.
  • 작업의 높은 우선순위를 유지한다.
• CPU-Intensive Jobs
  • 긴 시간동안 CPU를 집중적으로 사용한다.
  • 응답시간을 크게 신경쓰지 않음
  • 작업의 우선순위를 낮춤.

우선순위의 조정과 우선 순위의 하향 조정(Priority Boost)를 통해 스케줄링을 한다.
 

데드락이란?

• 둘 이상의 프로세스가 자원을 점유한 상태에서 다른 프로세스가 점유중인 자원을 요구하며 계속 기다리는 상태를 데드락이라고 한다. 

• 데드락은 4가지 조건이 모두 만족할 때 발생한다. 
  • 상호 배제(Mutal Exclusion) : 자원은 한번에 한 프로세스만이 사용 가능하다. 
  • 점유 대기(Hold & Wait) : 최소 하나의 자원을 가지고 있으면서, 다른 프로세스에 할당되어 사용하고 있는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기
  • 비선점(Non-Preemptive) : 다른 프로세스에 할당된 자원은 사용이 끝날 때까지 뺏을 수 없음
  • 순환 대기(Circular Wait) : 두 개 이상의 프로세스가 자원 접근을 기다릴 때, 관계가 순환적인 구조

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