OS Design & Structure

OS의 design과 structure에 대해 학습한 내용입니다.

OS design and structure

System 구조

OS 구조도

OS structure

1. User and other system programs

→ user program에서는 주로 system call 보다 high-level Application Programming Interface(API)를 이용합니다. 해당 API에서 system call을 수행하는 방식입니다. 이로 인해, 사용자가 직접 system call을 사용하지 않게 됩니다.

2. User interface

→ 사용자 레벨의 interface를 지칭합니다. GUI, CLI 등을 제공합니다.

3. System calls

정의

→ User mode에서 User는 특정 권한 없이 Kernel 접근이 제한적이며, 이로 인해 Kernel에서 제공하는 protected service가 제공됩니다. 이 경우, system call은 user mode에서 kernel 모드로 진입하기 위한 통로라고 생각하시면 됩니다. 단, User program은 system call을 직접 사용하지 않고 API를 통해 좀더 쉽게 사용합니다. 단방향적 성질을 가지고 있으며 user → kernel로의 진입만 가능합니다. kernel→user로의 진입은 ‘up-call’, ‘call-back’이라는 용어로 불립니다. 이러한 system call은 당연히 OS마다 다른 특징이 있습니다.

system call의 동작 원리

예를 들어, printf()라는 함수를 사용자 프로그램에서 호출한다고 생각해봅시다. 이때 printf()라는 API는 write()라는 system_call을 호출하게 되고 화면에 문자열을 출력하게 되는 것입니다.

OS design

1. Design Consideration

→ OS는 복잡한 소프트웨어 이므로 구조를 신중히 고려하여야 합니다. 개발, 수정 및 디버깅, 유지보수, 확장에 대해서 고려를 해야하죠. OS의 Design은 목적과 구조로 구분될 수 있습니다.

목적에 따른 구분

→ 목적에 따른 구분으로는 General, 즉, 일반적인 목적과 Special한 특수 목적(군용 등)이 존재합니다.

구조에 따른 구분

→ 구조에 따른 구분으로는 Layering(계층 구조)와 Modularity(기능 단위)로 구분 지을 수 있습니다.

2. Kernel Structure

Kernel이란?

→ ‘Kernel’이란, 하나의 컴퓨터에서 시작과 종료까지 항상 동작하는 하나의 프로그램을 가리키는 용어입니다. System의 모든 실행 권한을 보유하고 있으며, OS의 자원 할당, 하드웨어 인터페이스, 보안 등 핵심 기능을 수행합니다.

Monolitic Kerenl

→ 단일 구조의 kernel이라고 생각하시면 됩니다.

[특징]

모든 서비스가 같은 주소 공간(Address Space)에 위치합니다.

→ 이는 일부 수정이 전체에 영향을 미칠 수 있고 크기가 크기가 비교적 큽니다. 이로 인해 유지보수가 힘들며 한 모듈의 버그가 전체적인 영향을 끼친다는 단점이 존재합니다.
App들은 자신의 주소공간에 커널 코드 영역을 mapping하여 필요할 때 이용합니다.

→ 이로 인해, systemcall, kernel service 간의 데이터 전달 시 overhead가 적다는 장점이 있습니다.

Micro Kernel

→ Monolitic Kernel과 반대 개념이라 생각하시면 됩니다.