운영체제

코드를 저장하고 터미널에서 실행하면 프로그램이 동작합니다. 그 사이에서 운영체제는 프로그램을 메모리에 올리고, CPU를 여러 프로그램에 나누어 주고, 파일과 장치에 대한 요청을 대신 처리하며, 프로그램들이 서로를 망가뜨리지 못하게 막습니다. 이 교재는 여러 프로그램이 CPU를 어떻게 나누어 쓰는지, malloc()으로 받은 메모리가 실제로 어디에 있는지, 저장한 파일이 디스크의 어디에 어떻게 기록되는지 같은 질문에 차례로 답해 갑니다.

개념마다 작은 예를 정해 두고 상태가 어떻게 바뀌는지 손으로 따라간 뒤, 그 과정을 짧은 코드로 다시 확인합니다. 글마다 있는 Python 코드는 스케줄러, 페이지 교체, 파일 시스템 같은 운영체제의 동작을 흉내 내는 모델이거나 표준 라이브러리로 실제 시스템 콜을 부르는 예제로, Python 3.14와 3.15에서 실행해 본문의 출력과 같은지 확인했습니다. 각 코드 블록을 lesson.py 같은 파일에 저장해 python lesson.py로 실행하면 같은 출력이 나옵니다. Python을 처음 설치한다면 자료구조·알고리즘 교재의 Python 설치부터 첫 실행과 오류 읽기를 먼저 보세요.

C 코드와 셸 명령은 Linux의 실제 인터페이스를 보여 주는 예제로, 동작은 man7.org의 Linux man 페이지와 커널 문서로 확인했습니다. 출력은 시스템마다 다르므로 지어낸 출력을 싣지 않고, 성공했을 때 무엇이 일어나는지를 본문에 설명했습니다. 직접 실행하려면 Linux 가상 머신이나 WSL, 컨테이너를 쓰고, 권한을 바꾸거나 프로세스를 종료하는 명령은 반드시 실습용 환경에서만 실행하세요.

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학습 경로

1단계 · 운영체제와 하드웨어(1–2장)에서는 운영체제가 무엇을 하는지, 커널과 시스템 콜로 프로그램과 커널이 어떻게 대화하는지를 보고, CPU와 메모리, 인터럽트와 입출력, 부팅 과정처럼 운영체제가 기대는 하드웨어의 구조를 다룹니다.

2단계 · 프로세스, 스레드, 스케줄링(3–5장)에서는 프로세스와 PCB, 컨텍스트 스위칭, 프로세스의 생성과 종료, 프로세스 사이의 통신을 다루고, 스레드와 멀티스레딩 모델을 익힙니다. 이어서 FCFS부터 MLFQ와 Linux의 스케줄러까지, CPU를 누구에게 얼마나 줄지 정하는 알고리즘을 비교합니다.

3단계 · 동기화와 교착 상태(6–7장)에서는 경쟁 조건이 왜 생기는지 재현한 뒤 원자적 명령어, 뮤텍스, 세마포어, 모니터로 이를 막고, 서로를 기다리며 멈추는 교착 상태를 예방하고 회피하고 탐지하는 방법을 다룹니다.

4단계 · 메모리와 가상 메모리(8–9장)에서는 주소 바인딩과 연속 할당, 세그먼테이션, 스와핑을 거쳐 페이징과 TLB, 요구 페이징과 페이지 폴트, 페이지 교체 알고리즘과 스래싱까지 다룹니다.

5단계 · 파일과 입출력(10–11장)에서는 파일과 디렉터리, 파일 시스템이 블록과 inode로 데이터를 기록하는 방법과 저널링, 페이지 캐시와 fsync를 다루고, 장치 드라이버와 인터럽트, DMA, 디스크 스케줄링을 살펴봅니다.

6단계 · 보호와 보안(12장)에서는 보호 도메인과 접근 행렬, Linux의 권한 체계와 특수 권한, 버퍼 오버플로우와 완화 기법, 강제 접근 제어를 다루고, 전용 임시 디렉터리에서 권한 규칙을 직접 확인합니다.

7단계 · 실무로 잇기(13–15장)에서는 가상화와 컨테이너, Kubernetes가 운영체제의 기능을 어떻게 쓰는지 보고, Linux 명령과 디버깅, 성능 튜닝으로 앞의 개념을 실제 시스템에서 확인합니다. 마지막으로 여러 컴퓨터가 함께 일할 때 생기는 부분 장애와, 프로세스가 죽어도 안전하게 다시 시도하는 방법을 다룹니다.

다른 교재로 이어가기

운영체제가 기대는 CPU, 캐시, 인터럽트, 파이프라인의 동작은 컴퓨터구조에서 더 자세히 다룹니다. 스케줄링에 쓰는 우선순위 큐와 페이지 교체에 쓰는 자료구조는 자료구조·알고리즘에서, 소켓 아래의 TCP와 IP는 네트워크에서, 트랜잭션과 복구, 여러 데이터베이스의 커밋은 데이터베이스에서 이어집니다. 자격시험의 답안 형식이 필요하면 정보관리기술사 교재를 참고할 수 있습니다.

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장별 목차

다 읽은 뒤에는 용어를 얼마나 외웠는지보다, 프로그램 하나가 실행되어 끝날 때까지 커널이 무엇을 대신 해 주는지 설명할 수 있는지, 스케줄링과 페이지 교체, 경쟁 조건을 작은 예로 직접 추적할 수 있는지, 장애가 났을 때 어떤 명령으로 무엇부터 확인할지 말할 수 있는지를 점검해 보세요.