[OS/공룡책] Chapter 2. 운영체제 구조 - 시스템 서비스, 링커와 로더, 응용 프로그램이 운영체제마다 다른 이유, 운영체제 설계 및 구현

시스템 서비스

- 현대 시스템의 또 다른 면은 시스템 서비스의 집합체이다.

- 시스템 서비스는, 시스템 유틸리티로도 알려진, 프로그램 개발과 실행을 위해 더 편리한 환경을 제공한다. => 파일 관리, 상태 정보, 파일 변경, 프로그래밍 언어 지원, 프로그램 적재와 수행, 통신, 백그라운드 서비스

- 운영체제 대부분은 시스템 프로그램과 함께 일반적인 문제점을 해결하거나 일반적인 연산을 수행하는 데 유용한 프로그램들도 제공한다.

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링커와 로더

- 소스 파일은 임의의 물리 메모리 위치에 적재되도록 설계된 오브젝트 파일로 컴파일 된다. => 재배치 가능 오브젝트 파일

- 링커는 재배치 가능 오브젝트 파일을 하나의 이진 실행 파일로 결합한다.

- 로더는 이진 실행 파일을 메모리에 적재하는 데 사용되며, CPU 코어에서 실행할 수 있는 상태가 된다.

- 실제로 시스템 대부분에서는 프로그램이 적재될 때 라이브러리를 동적으로 링크할 수 있게 한다. => 여러 프로세스가 동적으로 링크된 라이브러리를 공유하면 메모리 사용이 크게 절약된다.

- 오브젝트 파일 및 실행 파일은 일반적으로 표준화된 형식을 가진다. 이 표준 형식은 컴파일된 기계 코드 및 프로그램에서 참조되는 함수 및 변수에 대한 메타데이터를 포함하는 기호 테이블을 포함한다. => UNIX 및 Linux 시스템의 경우 이 표준 형식을 ELF(Executable and Linkable Format)라고 한다. Windows 시스템은 PE(Portable Executable) 형식을 사용하고 macOS는 Mach-O 형식을 사용한다.

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응용 프로그램이 운영체제마다 다른 이유

- 기본적으로 한 운영체제에서 컴파일된 응용 프로그램은 다른 운영체제에서 실행할 수 없다.

- 다음 세 가지 방법 중 한 가지를 사용하여 응용 프로그램이 여러 운영체제에서 실행될 수 있게 만들 수 있다.

   1. 응용 프로그램은 운영체제마다 인터프리터가 제공되는 인터프리터 언어로 작성될 수 있다.

   2. 응용 프로그램은 실행 중인 응용 프로그램을 포함하고 있는 가상 머신을 가진 언어로 작성될 수 있다.

   3. 응용 프로그램 개발자는 컴파일러가 기기 및 운영체제 고유의 이진 파일을 생성하는 표준 언어 또는 API를 사용할 수 있다.

- 시스템의 낮은 수준에는 다른 어려운 점이 존재한다.

   1. 각 운영체제에는 헤더, 명령어 및 변수의 배치를 강제하는 응용 프로그램 이진 형식이 있다. => 명시된 구조 형태로 실행 파일 내의 특정 위치에 있어야 운영체제가 파일을 열고 응용 프로그램을 적재하여 올바르게 실행할 수 있다.

   2. CPU는 다양한 명령어 집합을 가지며 해당 명령어가 포함된 응용 프로그램만 올바르게 실행할 수 있다.

   3. 운영체제가 제공하는 시스템 콜은 사용되는 피연산자, 피연산자 순서, 응용 프로그램이 시스템 콜을 호출하는 방법, 시스템 콜 번호, 의미 및 반환 결과를 포함하여 여러 측면에서 운영체제마다 다르다.

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운영체제 설계 및 구현

설계 목표

- 시스템 설계에 대한 요구 조건은 근본적으로 사용자 목적과 시스템 목적의 두 가지 기본 그룹으로 나눌 수 있다.

- 시스템은 사용하기 쉽고 편리하며, 배우기 쉽고, 믿을 수 있고, 안전하고, 신속해야 한다.

- 운영체제는 설계, 구현, 유지 보수가 쉬워야 하며, 또한 적응성, 신뢰성, 무오류, 효율성을 가져야 한다.

===> 운영체제에 대한 요구를 정의하는 문제를 해결하는 유일한 해법은 없다. 많은 시스템에서 다른 요구 조건들이 다른 환경을 위해 다양한 해결 방법을 낳을 수 있음을 보여준다.

 

기법과 정책

- 한 가지 중요한 원칙은 기법(mechanism)으로부터 정책을 분리하는 것이다. => 기법은 어떤 일을 어떻게 할 것인가를 결정하는 것이고, 정책은 무엇을 할 것인가를 결정하는 것이다.

- 정책 결정은 모든 자원 할당 문제에 있어 중요하다. 자원의 할당 여부를 결정할 필요가 있을 때마다 정책 결정을 해야 한다. 질문이 무엇(what)이 아니라 어떻게(how)일 때마다, 반드시 결정되어야 하는 것은 기법이다.

 

구현

- 운영체제는 많은 사람에 의해 오랫동안 개발된 많은 프로그램의 집합체이기 때문에 구현 방법에 대해 일반적인 언급을 하는 것은 어렵다.

- 운영체제의 주요 성능 향상은 우수한 어셈블리어 코드보다는 좋은 자료구조와 알고리즘의 결과일 가능성이 크다.