07.03(월)-2 Computer architecture, Virtualization, Linux, etc

❗️날짜별로 정리하여 복습하기를 원하기 때문에 내용이 길고 다소 정리되지 않았습니다.

컴퓨터 아키텍처

폰 노이만 구조

프로세스 구조

Code 영역

실행할 프로그램의 코드가 저장됩니다. CPU는 이 영역에서 명령어를 하나씩 가져와 처리하게 됩니다.

Data 영역

전역변수와 정적변수가 저장됩니다. 이 변수들은 프로그램이 시작될 때 할당되어 프로그램 종료 시 소멸됩니다.

+) 더 자세히 들어가면 BSS(Block Stated Symbol) 영역이 있는데요, 이 영역에는 초기화 되지 않은 전역변수가 저장됩니다. 초기화 된 전역변수는 Data 영역에 저장되어 비휘발성 메모리인 ROM에 저장되는데 이 부분은 비용이 많이 들어 RAM에 저장될 것과 ROM에 저장될 것을 구분하기 위해 영역을 구분해 사용합니다.

Stack 영역

지연변수, 매개변수, 리턴값 등 잠시 사용되었다가 사라지는 데이터를 저장하는 영역입니다. 함수 호출 시 할당되고 함수 반환 시 소멸됩니다. 로드 시(컴파일 타임) 크기가 결정됩니다.

위 세 영역은 컴파일 할 때 data, stack 영역의 크기를 계산해 메모리 영역을 결정합니다!

Heap 영역

동적 데이터 영역입니다. 메모리 주소 값에 의해서만 참조되고 사용되는 영역입니다. 따라서, 프로그램 동작 시(런타임)에 크기가 결정됩니다.

예를 들어, stack에서 pointer 변수를 할당하면 pointer가 가리키는 heap 영역의 임의의 공간부터 원하는 크기만큼 할당해 사용하게 됩니다.

ref:https://velog.io/@cchloe2311/운영체제-프로세스-메모리-구조

Multiprogramming and Multitasking

• Multiprogramming

  

  • 하나의 프로세서가 여러개의 프로세스 실행
  • 여러개의 Task가 메모리에 올려짐

• Timesharing(Multitasking) - Round-Robin

  

  • Multiprogramming과 비슷하나 task단위
  • =시분할시스템

Multiprocessing

Non-Uniform Memory Access System

• Context Switching이 자주 발생하기 때문에 오버헤드가 크지만, 기아상태를 어느정도 방지하여 프로세스간 공정성 높임

• UMA : Uniform Memory Access
  • 균일 기억 장치 접근
  • 모든 프로세서들이 상호간에 연결되어 하나의 메모리를 공유하는 기술
  • 프로세서들은 메모리의 어느 영역 이던지 접근이 가능하며, 모든 프로세서가 걸리는 시간이 동일하다
  • 구조가 간단하고, 프로그래밍 하기는 쉬우나, 메모리에 한번에 하나씩의 연결만 가능하여, 커지면 커질수록 효율성이 떨어진다.
  • 메모리 접근 시간이 비슷함
• NUMA : Non-Uniform Memory Access
  • 불균일 기억 장치 접근
  • UMA 모델의 한계를 극복하고, 더 큰 시스템을 만들기 위해 구성
  • 메모리 접근하는 시간이 프로세서와 메모리의 상대적인 위치에 따라 달라진다.
  • 빈번하게 쓰는 메모리에 대한 접근이 더 빠름

Computer System Environments

Client-Server

Peer-to-Peer(P2P)

Cloud Computing

• SaaS(Software as a Service)
• PaaS(Platform as a Service)
• IaaS(Infrastructure as a Service)

Emulation vs. Virtualization

Emulation

• 일반적으로 느림
• Interpretation(코드를 재해석)
• 하드웨어 역할을 소프트웨어가 대신 수행
• 호스트와 게스트 사이에 호환성 필요 없음

Virtualization

• Hypervisor
• 하드웨어와 연계된 가상화 기술
• 호스트와 게스트 사이에 호환성 요구

Real-time OS(RTOS)

💡 정해진 시간 내에 무조선 Task를 끝내야 하는 경우

User Operating System Interface - CLI(Command Line Interface)

Shell

• OS서비스에 접근하기 위한 UI(User Interface)
• Command interpretation
• Several shells are availavle for Linux
  • BASH
  • CSH
  • KSH
• Shell Script
  • 쉘에 의해 동작하도록 설계된 프로그램

User Operating System Interface - GUI(Graphic User Interface)

• GUI는 시각적인 구성 요소를 사용하여 애플리케이션과 사용자 사이의 상호작용을 가능하게 함.
• 마우스, 키보드, 터치 스크린 등의 입력 장치를 통해 애플리케이션을 조작하고 시각적인 요소로 정보를 표시

GUI vs. CLI

• CLI(명령 줄 인터페이스)는 텍스트 명령어를 사용하여 컴퓨터와 상호작용하는 방식입니다.
• GUI는 그래픽적인 아이콘, 버튼, 창, 대화 상자 등을 사용하여 사용자가 쉽게 애플리케이션을 조작할 수 있도록 합니다.

System calls vs. API

System calls

• OS에서 제공하는 기능을 사용하기 위한 프로그래밍 인터페이스
• 일반적으로 고수준 언어로 쓰임(C, C++)
• System call ∈ API
• 각 운영체제마다 System call은 다름(ex : Windows는 CreateProcess(), Unix는 fork())

API

• 최초의 API는 운영체제가 어플리케이션을 위해 제공하는 기능
• 확대된 의미
  • 하부 시스템(운영체제, 가상 머신 등)에서 상위에 존재하는 어플리케이션이나 앱에 제공하는 각종 기능(함수)들의 집합
  • 특정 플랫폼에서 하위 기능을 제어하거나, 제공하는 기능을 호출할 수 있는 함수들의 집합
  • 최근 온라인 서비스 등에서 클라이언트에 제공하는 기능들도 API라고 함
• API는 제품(OS 같은 경우)을 구매하거나, 사용(Google같은 경우)해야 사용할 ㅅ 있으며, 개발자가 제작하는 어플리케이션에 포함되지 않음, 즉 어플리케이션 외부의 기능을 호출

Linux System Structure

• 모놀리식(≠마이크로서비스)
• 모듈러 디자인