feat: [OS] OS 개론(1) (#17)

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+    "OS/OS 개론(1).md"
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+}

OS/OS 개론(1).md

@@ -0,0 +1,161 @@
+#OS
+
+>operating system concepts 10th 1장을 토대로 정리하였습니다.
+
+# 1️⃣ Introduction
+
+OS를 배우기 전 기초 지식으로 알아두면 좋을 컴퓨터 하드웨어 구성과 프로그램의 실행 과정을 먼저 정리해보겠습니다.
+
+## 1. 컴퓨터 하드웨어의 기본 구성
+
+### 1.1 CPU (Central Processing Unit)
+
+- **구성 요소**
+    - **ALU(Arithmetic Logic Unit)** : 산술 연산(덧셈, 뺄셈 등)과 논리 연산(AND, OR, XOR 등)을 담당하는 장치
+    - **컨트롤 유닛(Control Unit)** : 메모리에 있는 명령어를 fetch하여 decoding하고, ALU나 기타 부품이 해당 명령을 올바르게 실행하도록 제어하는 장치
+    - **레지스터(Register)** : CPU 내부에 있는 매우 빠른 임시 저장공간. 흔히 프로그램 카운터(PC)나 산술 연산을 임시로 저장하는 레지스터들이 존재
+
+- **역할**
+    - 메모리에 저장된 기계어를 **fetch**하고,
+    - 인출한 명령어를 **decode**하여 어떤 연산을 해야 하는지 결정하고,
+    - **execute**을 통해 실제 연산(ALU 동작 및 레지스터 조작)을 수행함
+
+- **특징**
+    - CPU가 이해하는 것은 **오직 기계어**임
+    - 따라서 고급 언어(ex. C, Java 등)로 작성된 프로그램을 기계어로 컴파일하거나, 인터프리트 해주는 과정이 반드시 필요
+
+### 1.2 메모리(Memory)
+
+- **주기억 장치(Main Memory)** : 프로그램이 실행될 때, CPU가 바로 접근하여 코드와 데이터를 임시로 저장하는 공간
+- 보통 RAM을 의미하며, **전원이 꺼지면 휘발**되는 특성을 가짐 -> 휘발성 메모리
+
+### 1.3 입출력 장치(I/O Device)
+
+- **입력(Input) 장치** : 키보드, 마우스, 터치스크린, 마이크 등
+- **출력(Output) 장치** : 모니터, 프린터, 스피커 등
+- CPU와 메모리가 직접 I/O 장치들과 상호 작용하지 않고, I/O 컨트롤러나 bus를 통해 데이터를 주고받음
+
+>❓ **버스?**
+	현대의 일반적인 컴퓨터 시스템은 여러개의 CPU와 장치 컨트롤러(Device controllers)로 구성되어 있음
+	이들은 공통버스로 이어져 메모리를 공유함
+
+```text
+               disks     mouse, keyborad, printer     monitor
+                 |                   |                   |
++-----+ +--------+--------+ +--------+-------+ +---------+--------+
+| CPU | | disk controller | | USB controller | | graphics adapter |
++--+--+ +--------+--------+ +--------+-------+ +---------+--------+
+   |             |                   |                   |
+   +-------------+---------+---------+-------------------+
+                           |
+                       +---+----+
+                       | memory |
+                       +--------+
+```
+
+
+## 2. 프로그램 실행 과정
+
+### 2.1 고급 언어에서 기계어로
+
+1. **소스 코드 작성**(ex. C, C++, Java 등)
+2. **컴파일(또는 인터프리트) 과정**을 거쳐 **기계어**로 변환
+3. 변환된 기계어는 **메모리에 로드**되어 실행
+
+### 2.2 CPU의 명령어 실행 사이클
+
+1. **Fetch** : 메모리에서 현재 PC(Program Counter)가 가리키는 명령어를 가져옴
+2. **Decode** : 가져온 명령어를 해독하여 어떤 연산을 해야 하는지 파악
+3. **Execute** : ALU와 레지스터 등을 활용하여 명령어가 요구하는 연산 수행
+4. **Store/Write Back** : 실행 결과가 필요하다면 레지스터나 메모리에 저장
+5. 다음 명령어로 이동(PC를 갱신)하고, 다시 fetch 과정을 반복
+
+==이러한 **인출-해독-실행** 사이클에 따라 명령어를 순차적으로 처리하는 구조를 **폰 노이만(von Neumann) 아키텍처**라고 합니다.==
+
+# 2️⃣ What operating systems do
+
+운영체제 하드웨어와 응용프로그램 사이에 존재하는 프로그램을 말합니다.
+컴퓨터의 하드웨어를 관리하고, 하드웨어와 소프트웨어, 사용자를 매개하는 프로그램을 뜻하죠.
+
+그렇기에 운영체제를 다른 말로는 **resource manager**(자원관리자) 라고 부릅니다.
+
+예전에는 운영체제(OS)를 커널(Kernel)이라고도 불렀습니다.
+
+>❓**커널(Kernel)**
+	커널은 운영체제의 핵심
+	운영체제는 커널과 커널 모듈(Kernel module)들로 구성되는데, 커널이 운영체제의 핵심이다보니 일반적으로 운영체제와 커널은 동일시 됨. 커널이 같다면 같은 운영체제로 취급
+
+운영체제의 역할은 사용자 관점(User View)과 시스템 관점(System View)으로 나눠볼 수 있습니다.
+
+## 1. 운영체제의 역할
+### 1.1 User View
+
+일반적으로 사용자는 컴퓨터를 사용할때 단순히 키보드와 마우스를 이용해 조작합니다.
+사용자가 단순히 기계만 조작함으로서 컴퓨터를 사용할 수 있는 이유는 운영체제가 있기 때문입니다.
+
+운영체제는 사용자가 컴퓨터 자원 사용(Resource utilization)을 신경쓰지 않게 도우며, 사용자가 컴퓨터를 쉽게 이용할 수 있도록 만들어 줍니다. 
+
+또 다른 경우를 살펴보면, 사용자는 메인프레임(Mainframe)에 연결된 터미널을 사용하거나 미니컴퓨터(Minicomputer)를 사용이 할 수 있습니다. 이 상황에서 컴퓨터의 자원을 여러 사용자가 나눠쓰게 되는데, 운영체제는 사용자들이 자원을 공평하게 사용할 수 있도록 도와줍니다.
+
+### 1.2 System View
+
+시스템에게 운영체제는 **자원 할당자**(Resource allocator)입니다. 
+컴퓨터 시스템은 CPU 시간, 메모리 공간, 파일 저장소 공간, 입출력 장치 등 다양한 문제를 해결해야 하는데요. 
+운영체제는 이러한 컴퓨터 자원들을 관리하는 **제어 프로그램**으로서 동작하게 됩니다.
+
+### 1.3 운영체제의 역할은?
+
+위 두 관점을 종합해 보면, 운영체제(OS)가 사용자에게는 **편리한 인터페이스**로서 동작하고, 시스템에게는 **자원을 효율적으로 관리**하는 관리자(할당자)로 동작한다는 점을 이해할 수 있습니다.
+
+이로부터 얻을 수 있는 중요한 **이해/시사점**은 다음과 같습니다.
+
+- **운영체제의 이중 역할**
+    - ‘사용자’ 측면에서의 편의성과  
+    - ‘시스템’ 측면에서의 자원 할당・관리  
+
+	이 두 가지 역할을 균형 있게 수행하는 것이 운영체제의 핵심 기능임
+
+- **추상화와 보호**
+    OS는 하드웨어 자원에 대한 접근을 추상화해 주어, 사용자가 하드웨어 동작을 직접 다룰 필요 없도록 도움
+    동시에 여러 사용자가 자원을 안전하게 나누어 쓰도록 보호와 관리 메커니즘을 제공함
+
+- **다중 사용자 환경**
+    여러 사용자가 동시에 시스템에 접근하고 프로그램을 실행하는 환경에서는 운영체제가 공정한 자원 사용 보장, 사용자 간의 간섭(충돌) 방지, 보안, 오류 처리 등을 신경 써야 함
+
+
+==정리하자면, **운영체제는 사용자에게는 편리함을, 시스템 입장에서는 효율과 안전성을 제공**하는 소프트웨어라는 점을 알 수 있습니다.==
+
+## 2.  Computer Startup
+
+그렇다면 컴퓨터는 어떻게 시작되고 이때의 운영체제는 어떤 역할을 하는지 알아봅시다.
+
+컴퓨터가 시작되는 과정(booting)은 다음과 같습니다.
+
+컴퓨터를 켜면 **부트스트랩 프로그램**(Bootstrap program)이라는 초기화 프로그램이 실행됩니다.
+이 프로그램을 컴퓨터의 **ROM(Read-Only Memory)** 이나 EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)에 저장되어 있으며, 주로 펌웨어(Firmware)라고 불립니다.
+
+Bootstrap program은 시스템을 초기화하고, **부트로더**(Boot loader)를 실행합니다.
+
+	멀티부팅 컴퓨터도 존재하는데, 이 경우 부트로더가 여러 운영체제를 가리키고 있기에 어떤 운영체제를 실행할지 선택해야 합니다.
+
+그리고 Boot loader는 최종적으로 운영체제를 실행하게 됩니다.
+
+>❓**booting을 하는 이유?**
+	컴퓨터의 메모리는 비휘발성 메모리(ROM)이라서 종료 했다가 다시 실행하면 초기화 됨
+	그렇기에 컴퓨터를 작동하기 위해서 운영체제를 읽어들여야 하는데 이를 위해 booting을 진행
+
+커널이 load, 실행되면 **시스템과 사용자에게 서비스를 제공**해야 하는데요.
+이때 일부 서비스는 커널 외부에서 제공되는데, 이들은 부팅할 때 메모리에 로드되는 시스템 프로세스(System processes)나 시스템 데몬(System daemons)을 말합니다.
+
+>❓**데몬?**
+	데몬(Daemon)은 전형적으로 **백그라운드**(background)에서 실행되면서, 특정 서비스나 기능을 지속적으로 제공하거나 모니터링하는 역할을 하는 **프로세스**를 말함 
+	일반적으로 사용자가 직접 실행하거나 인터랙션하는 애플리케이션과 달리, 데몬은 부팅 시점 혹은 필요에 따라 자동으로 시작되어 시스템 이벤트나 요청을 감시하고 처리함
+
+UNIX의 경우 첫 시스템 프로세스는 **init**이며, 이 프로세스는 또 다른 데몬들을 실행시킵니다. 
+데몬은 프로세스로 백그라운드에서 돌면서 시스템 로그는 남기는 등의 여러 작업을 진행합니다.
+
+이러한 과정이 끝나면 시스템이 완전히 booting되고, 이벤트가 발생하기를 기다리게 됩니다.
+
+# 🔗 참고
+operating system concepts 10th
+https://parksb.github.io/article/5.html