운영체제와 시스템 자원

⚙️ 운영체제와 시스템 자원 정리

운영체제는 컴퓨터를 사용할 때 보이지 않는 곳에서
시스템의 동작을 조율하고 자원을 효율적으로 관리하는 핵심 프로그램입니다.
이 글에서는 운영체제가 무엇인지, 어떤 자원들을 어떻게 관리하는지를 정리하였습니다.

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시스템 자원이란?

시스템 자원이란 프로그램이 실행되기 위해 반드시 필요한 요소들을 의미합니다.
여기에는 컴퓨터의 네 가지 핵심 부품도 포함됩니다.

• CPU (중앙처리장치)
• 메모리 (RAM)
• 보조기억장치 (SSD, HDD 등)
• 입출력장치 (키보드, 마우스, 프린터 등)

컴퓨터 구조 정리 : https://hanav.tistory.com/287

운영체제는 이 모든 자원을 효율적으로 분배하고 관리하는 역할을 수행합니다.

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운영체제란?

운영체제는 컴퓨터 시스템의 하드웨어 자원과 실행 중인 프로그램(프로세스)를 관리하는 중간 관리자 역할을 수행합니다.
사용자가 프로그램을 실행하면, 운영체제가 해당 프로그램이 자원을 효율적으로 사용하도록 지원하며,
사용자에게 원활한 서비스가 제공되도록 돕습니다.

운영체제도 하나의 프로그램이기 때문에 다른 프로그램들과 마찬가지로 메모리에 적재되어 실행됩니다.
다만, 운영체제는 메모리 중에서도 특별한 영역인 커널 영역(Kernel Space)에 적재되어,
사용자 프로그램보다 더 높은 권한으로 실행됩니다.

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🪟 대표적인 운영체제

• Windows – 가장 널리 사용되는 데스크톱 운영체제이며, 사용자 친화적인 환경을 제공합니다.
• macOS – 애플 기기에 사용되며, 안정성과 디자인이 뛰어납니다.
• Linux – 개발자 및 서버 환경에서 많이 사용되며, 오픈소스 기반입니다.
• Android, iOS – 모바일 기기를 위한 대표적인 운영체제입니다.

💡 참고: 데스크톱/서버 환경에서는 Windows, Linux, Unix가 대표적인 운영체제로 분류됩니다.

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운영체제의 주요 역할

운영체제는 아래와 같은 여러 가지 기능을 수행하며,
사용자가 컴퓨터를 원활하게 사용할 수 있도록 지원합니다.

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1. 프로세스 관리

운영체제는 여러 개의 프로그램(프로세스)이 CPU를 공유할 수 있도록
스케줄링 알고리즘을 통해 CPU 자원을 분배합니다.

• 어떤 프로세스를 먼저 실행할지 결정합니다.
• 각 프로세스에 얼마만큼의 CPU 시간을 줄지 제어합니다.
• 프로세스는 운영체제를 통해 자원에 접근하며, 이를 시스템 호출(System Call)이라고 합니다.

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2. 메모리 관리

운영체제는 프로그램들이 메모리 상의 어떤 위치에 저장될지,
얼마나 많은 메모리를 사용할 수 있을지를 결정합니다.

• 예를 들어, 새로운 게임을 실행하면 운영체제가 해당 게임을 메모리에 적재하고,
  종료되면 다시 해당 메모리를 해제합니다.

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3. 가상 메모리 관리

실제 메모리(RAM)의 크기보다 더 큰 프로그램을 실행할 수 있도록
운영체제는 가상 메모리(Virtual Memory)를 사용합니다.

• 디스크 일부를 메모리처럼 사용하는 방식이며,
• 대표적인 기법으로는 페이징(Paging)과 스와핑(Swapping)이 있습니다.

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📌 페이징(Paging)과 스와핑(Swapping) 자세히 알아보기

가상 메모리를 관리하는 대표적인 방식으로는 페이징(Paging)과 스와핑(Swapping)이 있습니다.
이 두 가지는 메모리를 효율적으로 사용하면서도, 실제 메모리보다 큰 프로그램을 실행 가능하게 해주는 핵심 기술입니다.

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페이징 (Paging)

페이징은 메모리를 고정된 크기의 블록으로 나누어 관리하는 방식입니다.
이때 메모리는 두 가지 단위로 나뉩니다:

• 프레임(Frame): 실제 물리 메모리를 일정 크기로 나눈 단위
• 페이지(Page): 프로그램(프로세스)이 사용하는 가상 메모리 단위

운영체제는 프로그램의 페이지를 빈 프레임에 자유롭게 배치할 수 있습니다.
즉, 연속된 공간이 없어도 프로그램을 실행할 수 있으며, 단편화 문제를 해결할 수 있습니다.

💡 예시:
어떤 프로그램이 12KB의 데이터를 사용한다고 가정하고,
페이지/프레임 크기가 4KB라면 → 이 프로그램은 총 3개의 페이지로 나뉘어 각각의 프레임에 저장됩니다.

 

스와핑 (Swapping)

스와핑은 프로세스를 통째로 디스크와 메모리 사이에 이동시키는 방식입니다.
실행 중인 프로세스가 너무 많아서 RAM이 부족할 경우,
운영체제가 어떤 프로세스를 디스크(보조기억장치)로 잠시 옮겨놓고,
필요할 때 다시 RAM으로 불러오는 작업을 수행합니다.

• RAM 공간 확보를 위한 임시 이동 작업
• 주로 백그라운드에서 실행 중이지만 당장은 필요 없는 프로세스가 대상이 됩니다.

💡 예시:
사용자가 A, B, C 3개의 앱을 실행 중인데, RAM이 부족해지면
운영체제는 한동안 사용하지 않은 B 앱을 디스크로 스와핑하여 RAM을 확보하고,
이후 다시 B 앱을 사용할 때 메모리에 다시 적재합니다.

 

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4. 장치(디바이스) 관리

운영체제는 키보드, 마우스, 디스크, 프린터 등 다양한 입출력 장치들을 관리합니다.

• 운영체제는 장치 드라이버를 통해 각 장치와 통신하며,
• 사용자의 요청에 따라 데이터를 어디에 저장할지, 어떻게 출력할지 등을 제어합니다.

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5. 사용자 인터페이스 및 명령어 해석

운영체제는 사용자와 시스템 간의 인터페이스(UI) 역할도 합니다.
명령어를 해석하여 해당 작업을 처리하거나,
GUI 환경을 제공하여 사용자가 쉽게 조작할 수 있도록 도와줍니다.

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추가 정보: 운영체제의 최신 동향 (2024~2025년 기준)

• Windows 11은 보안 기능이 강화되었으며, AI 기반 코파일럿 기능이 도입되었습니다.
• macOS Sonoma는 개선된 게임 모드, 위젯 기능, 웹앱 실행 등이 포함되어 있습니다.
• Linux 커널 6.x 시리즈는 ARM 아키텍처 지원과 전력 효율 개선 등 최신 트렌드를 반영하고 있습니다.
• 모바일 OS는 Android 14, iOS 17 버전이 기준이며, AI 기능과 사용자 맞춤화가 강화되었습니다.

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📌 요약

기능	설명
프로세스 관리	CPU 시간 분배 및 실행 순서 제어
메모리 관리	메모리 공간의 할당과 해제
가상 메모리	실제 메모리보다 큰 실행 공간 지원
장치 관리	입출력 장치와의 연결 및 제어
명령어 해석	사용자 명령을 이해하고 실행

운영체제는 사용자가 컴퓨터를 자연스럽고 효율적으로 사용할 수 있도록
눈에 보이지 않는 곳에서 시스템 전반을 관리하는 중추적인 역할을 수행합니다.