4과목 : 프로그래밍 언어 활용(3장. 응용 SW 기술 활용 : 주요 키워드 정리)

3장. 응용 SW 기술 활용

 

3-0. 운영체제

• 시스템 자원들을 효율적으로 관리하며, 사용자가 컴퓨터를 편리하고 효율적으로 사용할 수 있도록 환경을 제공하는 여러 프로그램의 모임
• 목적 : 처리능력, 반환시간, 사용가능도, 신뢰도
• 기능 : 자원관리, 스케줄링, 인터페이스 제공, 하드웨어&네트워크 관리 등등
• 운영체제 종류
  • Windows : 마이크로소프트 사가 개발한 운영체제
    • 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI) : 키보드로 명령어를 직접 삽입X, 마우스로 아이콘이나 메뉴를 선택
    • 선점형 멀티테스킹 : 동시에 여러 프로그램을 실행하는 멀티태스킹을 하면서 문제 발생시 프로그램 강제 종료 후 반환
    • PnP (자동감지) : 프린터나 사운드카드 등의 하드웨어를 설치했을 때, 시스템 환경을 운영체제가 자동으로 구성해주는 기능
    • OLE : 다른 여러 응용 프로그램에서 작성된 문자나 그림 등의 개체를 현재 작성중인 문서에 자유롭게 연결
  • UNIX : AT&T 벨 연구소, MIT, General Electric이 공동 개발한 대화식 운영체제
  • LINUX : 리누스 토발즈가 UNIX를 기반으로 개발한 운영체제
  • MAC OS : 애플 사가 UNIX를 기반으로 개발한 운영체제
  • Android : 구글 사에서 개발한 리눅스 커널 기반의 개방형 운영체제
  • ios : 애플사에서 개발한 모바일 운영체제(유닉스 기반)

 

3-1. 기억장치 관리

• 기억장치 계층 구조
  • 레지스터
  • 캐시 기억장치
  • 주 기억장치
  • 보조 기억장치
• 기억장치의 관리 전략
  • 반입 전략 : 보조기억 장치에 보관중인 프로그램이나 데이터를 언제 주 기억장치로 적재할 것인지를 결정
    • 요구반입 : 참조를 요구할 때 적재하는 방법
    • 예상반입 : 실행중인 프로그램을 미리 예상하여 적재하는 방법
  • 배치 전략 : 새로 반입되는 프로그램이나 데이터를 주 기억장치의 어디에 위치 싴킬 것인지를 결정하는 전략
    • 최초 적합 : 크기의 빈 영역 중에서 첫번째 분할 영역에 배치시키는 방법
    • 최적 적합 : 빈 영역 중에서 단편화를 가장 적게 남기는 영역에 배치시키는 방법
    • 최악 적합 : 단편화를 가장 많이 남기는 영역에 배치시키는 방법
  • 교체 전략 : 주 기억장치의 모든 영역이 이미 사용중인 상태에서 배치하려고할때, 이미 사용되고 있는 영역 중에서 어느 영역을 교체하여 사용할 것 인지를 결정
    • FIFO, OPT, LRU, LFU, NUR, SCR (자세한 내용은 뒤에)
• 주 기억장치 할당 기법
  • 연속 할당 기법 : 주 기억장치에 연속으로 할당
  • 분산 할당 기법 : 특정 단위로 조각으로 나누어 분산하여 할당
• 단일 분할 할당 기법
  • 오버레이 기법 : 주 기억장치보다 큰 사용자 프로그램을 실행하기 위한 기법
  • 스와핑 기법 : 하나의 프로그램 전체에 주 기억장치에 할당하여 사용하다 필요에 따라 다른 프로그램과 교체 기법
• 다중 분할 할당 기법
  • 고정 분할 할당 기법
  • 가변 분할 할당 기법
• 가상 기억장치 : 보조기억 장치의 일부를 주 기억장치처럼 사용하는 것
  • 페이징 기법 : 가상 기억장치에 보관되어 있는 프로그램과 주 기억장치의 영역을 동일한 크기로 나눈 후 동일하게 나눠진 주 기억장치 영역에 적재&실행
  • 세그먼테이션 기법 : 가상 기억장치에 보관되어 있는 프로그램을 다양한 크기의 논리적 단위로 나눈 후 적재&실행
• 페이지 교체 알고리즘
  • OPT(최적교체) : 앞으로 가장 오랫동안 사용하지 않을 페이지를 교체하는 기법
  • FIFO : 가장 오래 있었던 페이지를 교체하는 기법 (선입선출)
  • LRU : 최근에 가장 오랫동안 사용되지 않는 페이지를 교체
  • LFU : 사용 빈도가 가장 적은 페이지를 교체하는 기법
  • NUR : 최근 사용하지 않은 페이지를 교체, 참조비트와 변형비트 사용
  • SCR : 가장 오랫동안 주 기억장치에 있던 페이지 중 자주 사용되는 페이지의 교체를 방지
• 페이지 크기 : 페이징 기법을 사용하면, 프로그램을 페이지 단위로 나누게 되는데, 페이지의 크기에 따라 시스템에 미치는 영향이 다르다.
• Locality : 프로세스가 실행되는 동안 주 기억장치를 참조할 때 일부 페이지만 집중적으로 참조하는 성질이 있다
  • 시간 구역성 : 하나의 페이지를 일정 시간 동안 자주 참조하는 페이지들의 집합.
  • 공간 구역성 : 프로세스 실행 시 일정 위치의 페이지를 집중적으로 액세스
• 워킹셋 : 프로세스가 일정 시간 동안 자주 참조하는 페이지들의 집합
• 페이지 부재 빈도 방식 : 프로세스 실행시 참조할 페이지가 주 기억장치에 X
• 프리페이징 : 처음의 과도한 부재를 방지하기 위해 필요한 것 같은 모든 페이지를 한꺼번에 페이지 프레임에 적재
• 스래싱 : 프로세스의 처리 시간보다 페이지 교체에 시간이 더 많아지는 현상

3-2. 프로세스

• 일반적으로 프로세서에 의해 처리되는 사용자&시스템&실행 중인 프로그램을 의미
• PCB : 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장해 놓는 곳
• 프로세스 상태전이 : 프로세스의 상태가 변하는 것을 의미
  • 제출 : 작업을 처리 하기 위해 작업을 시스템에 제출
  • 접수 : 스풀 공간인 디스크의 할당 위치에 저장
  • 준비 : 프로세스가 프로세서를 할당 받기 위해 대기
  • 실행 : 프로세스가 프로세서를 할당받아 실행
  • 대기 : 현재 실행 중 프로세스 중단
  • 종료 : 실행이 끝나고 할당이 해제
• 프로세스 관련 용어
  • Dispatch : 대기하고 있는 프로세스 중 하나가 할당받아 실행 상태로 전이되는 과정
  • Wake up : 작업이 완료되어 대기상태 -> 준비상태
  • Spooling : 느린 입 출력 장치의 처리속도를 보완&성능 향상 시키기 위해 한꺼번에 디스크에 저장
  • 교통량 제어기 : 프로세스 상태에 대한 조사와 통보 담당
• 스레드
  • 프로세스 내에서의 작업단위로서 여러 자원을 할당받아 실행하는 프로그램 단위
• 스케줄링
  • 프로세스가 생성되어 실행될 때 필요한 시스템의 여러 자원을 해당 프로세스에게 할당하는 작업을 의미
    • 장기 스케줄링 : 자원을 차지할 수 있도록 할 것인가를 결정하여 준비 상태 큐로 보내는 작업
    • 중기 스케줄링 : 어떤 프로세스들이 CPU를 할당받을 것인지 결정하는 작업
    • 단기 스케줄링 : 프로세스가 실행되기 위해 CPU를 할당 받는 시기와 특정  프로세스를 지정하는 작업
  • 비선점 : 이미 할당된 CPU를 다른 프로세스가 강제로 빼앗아 사용할 수 없는 스케줄링 기법
  • 선점 : 하나의 프로세스가 실행하고 있을 때 우선 순위가 높은 다른 프로세스가 CPU를 강제로 빼앗아 사용할 수 있는 스케줄링 기법
  • 알고리즘
    • FCFS : 준비상태에 도착한 순서에 따라 차례로 CPU를 할당하는 기법
    • SJF : 준비 상태 큐에서 기다리고 있는 프로세스들 중에서 실행시간이 가장 짧은 프로세스에게 먼저 CPU를 할당하는 기법
    • HRN : 긴 프로세스에 불리한 SJF 기법을 보완. 우선 순위를 계산하여 높은 것부터 낮은 순으로 부여

프로세스 번호	P1	P2	P3
실행시간	20	4	6
대기시간	10	20	10

• FCFS로 풀었을 경우
  • 평균 실행 시간 : (20+4+6) / 3 = 10
  • 평균 대기 시간 : (0+20+24) / 3 = 14.6
  • 평균 반환 시간 : (20+24+30) / 3 = 24.6
• SJF로 풀었을 경우
  • 평균 실행 시간 : (20+4+6) / 3 = 10
  • 평균 대기 시간 : (0+4+10) / 3 = 4.6
  • 평균 반환 시간 : (4+10+30) / 3 = 14.6
• HRN 풀었을 경우
  • 우선 순위 계산식 : 대기시간+서비스시간 / 서비스시간
  • P1 = (20+10)/20 = 1.5
  • P2 = (4+20)/4 = 6
  • P3 = (6+10)/6 = 2.6
  • 우선 순위 = P2 - P3 - P1

 

3-3. 인터넷

• TCP/IP 프로토콜을 기반으로 수 많은 컴퓨터와 네트워크들이 연결된 광범위한 컴퓨터 통신망
• IP 주소 : 인터넷에 연결된 모든 컴퓨터 자원을 구분하기 위한 고유한 주소
  • A Class : 국가나 대형 통신망 (0~127)
  • B Class : 중대형 통신망 (128~191)
  • C Class : 소규모 통신망 (192~223)
  • D Class : 멀티 케스트 (224~239)
  • E Class : 공용 X
• 서브네팅 : 할당된 주소를 다시 여러 개의 작은 네트워크로 사용.
• IPv6 : 현재 사용하고 있는 IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위해 개발하였다.
  • 16비트 씩 8부분, 128비트로 구성. 16진수 콜론(:)으로 구분
  • 유니캐스트 : 단일 송신자&수신자 간의 통신 (1:1)
  • 멀티캐스트 : 단일 송신자&다중 수신자 간의 통신 (1:N)
  • 애니캐스트 : 단일 송신자&가장 가까이 있는 단일 수신자 (1:1)
• 도메인 네임 : 숫자로 된 IP주소를 사람이 이해하기 쉬운 문자 형태로 표현한 것

 

3-4. OSI 참조 모델

• 다른 시스템 간의 원활한 통신을 위해 ISO에서 제안한 통신 규약
• 계층
  • 물리계층 : 개방 시스템들 간의 네트워크 연결을 관리하는 기능과 Data 교환 및 중계 가능
  • 데이터 링크 계층 : 두 개의 인접한 개방 시스템들 간에 신뢰성 있고 효율적인 정보 전송을 할 수 있도록 시스템 간 연결 설정과 유지 및 종료 담당
  • 네트워크 계층 : 개방 시스템들 간의 네트워크를 연결을 관리하는 기능과 Data 교환 및 중계 기능
  • 전송 계층 : 논리적 안정과 데이터 전송 서비스를 제공, 종단 시스템 간에 투명한 Data 전송 가능
  • 세션 계층 : 송,수신 측 간의 관련성을 유지하고 대화 제어를 담당
  • 표현 계층 : 응용 계층으로 받은 데이터를 세션 계층으로 보내기 전 형태로 변환, 데이터를 응용 계층에 맞게 변환
  • 응용 계층 : 사용자가 OSI 환경에 접근 할 수 있도록 서비스를 제공한다.

 

3-5. 네트워크 관련 장비

• 허브 : 한 사무실이나 가까운 거리의 컴퓨터들을 연결하는 장치
• 리피터 : 왜곡되거나 약해질 경우 원래의 신호 형태로, 재생하여 다시 전송하는 역할을 수행
• 브리지 : LAN과 LAN을 연결하거나, 컴퓨터 그룹을 연결하는 기능을 수행
• 스위치 : 브리지와 같이 LAN과 LAN을 연결하여 더 큰 LAN을 만드는 장치
• 게이트웨이 : 전 계층의 프로토콜 구조가 다른 네트워크의 연결을 수행

 

3-6. 프로토콜

• 서로 다른 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 수행할 수 있도록 표준화 시켜놓은 통신 규약
• 프로토콜 기본요소
  • 구문 : 전송하고자 하는 Data 형식
  • 의미 : 효율적이고 정확한 정보를 위한 협조사항
  • 시간 : 두 기기간의 통신 속도

 

3-7. TCP/IP

• 인터넷에 연결된 서로 다른 기종의 컴퓨터들이 데이터를 주고 받을 수 있도록 하는 표준 프로토콜
• TCP : OSI 7계층의 전송 계층에 해당, 신뢰성 있는 연결형 서비스(가상회선) 제공
• IP : OSI 7계층의 네트워크 계층에 해당, 비연결형 서비스(데이터 그램)를 제공
• 응용 계층의 프로토콜
  • FTP : 원격 파일 전송 프로토콜
  • SMTP : 전자우편을 교환하는 서비스
  • TELNET : 멀리 떨어져 있는 컴퓨터에 접속하여 자신의 컴퓨터처럼 사용할 수 있도록 하는 서비스
  • SNMP : 라우터나 허브 등 네트워크 기기의 네트워크 정보를 네트워크 관리 시스템에 보내는데 사용 통신규약
  • DNS : 도메인 네임을 IP주소로 매핑하는 시스템
  • HTTP : 월드 와이드 웹(WWW)에서 HTML 문서를 송수신 하기 위한 표준 프로토콜
• 전송 계층의 프로토콜
  • TCP : 양방향 연결, 가상회선 연결
  • UDP : 비연결형 서비스, 단순한 헤더구조
  • RCTP : RTP 패킷의 전송 품질을 제어
• 인터넷 계층의 프로토콜
  • IP : 전송할 데이터에 주소를 지정하고, 경로를 설정하는 기능을 함. 신뢰성 보장X
  • ICMP : IP와 조합하여 통신중에 발생하는 오류의 처리와 전송경로 변경등을 위한 제어 메시지 관리
  • IGMP : 멀티 캐스트를 지원하는 호스트나 라우터 사이에서 멀티캐스트 그룹 유지를 위해 사용됨
  • ARP : 호스트 IP주소를 호스트와 연결된 네트워크 접속 장치의 물리적 주소(MAC)으로 바꿈
  • RARP : ARP와 반대로 물리적 주소를 IP 주소로 변환하는 기능을 함
• 네트워크 계층의 프로토콜
  • Ethernet : CSMA/CD 방식의 LAN
  • IEEE 802 : LAN을 위한 표준 프로토콜