뜨균이의 개발 생활

입출력 관리

운영체제(OS)에서 입출력 관리는 매우 중요한 역할을 합니다. 
입출력 장치와의 효율적인 통신을 관리하고, 데이터를 올바르게 전송하며, 시스템 자원을 최적화하는 것이 주요 목표입니다. 
아래는 OS에서 입출력 관리에 관한 주요 개념과 기법들입니다.

1. 입출력 장치의 종류

블록 장치

데이터를 블록 단위로 처리하는 장치 (예: 하드 디스크, SSD)

문자 장치

데이터를 문자 단위로 처리하는 장치 (예: 키보드, 마우스)

2. 입출력 시스템 구조

장치 드라이버

특정 하드웨어 장치와 통신하는 소프트웨어 컴포넌트. OS는 장치 드라이버를 통해 입출력 장치와 상호 작용합니다.

입출력 인터페이스

하드웨어와 소프트웨어 간의 인터페이스로, 데이터 전송을 관리합니다.

3. 입출력 기법

폴링(Polling)

CPU가 주기적으로 장치의 상태를 확인하여 입출력 작업을 수행하는 방법. 간단하지만 비효율적일 수 있습니다.

인터럽트(Interrupt)

장치가 데이터를 준비하면 CPU에 신호를 보내 작업을 중단하고 입출력 작업을 처리합니다. 폴링보다 효율적입니다.

DMA(Direct Memory Access)

CPU를 거치지 않고 장치가 직접 메모리에 데이터를 전송하는 방식. 대용량 데이터 전송에 유리합니다.

4. 버퍼링(Buffering)

단일 버퍼링

데이터를 일시적으로 저장할 단일 버퍼를 사용.

이중 버퍼링

두 개의 버퍼를 사용하여 하나의 버퍼가 데이터 전송을 준비하는 동안 다른 버퍼가 데이터를 전송.

순환 버퍼(Circular Buffer)

여러 개의 버퍼를 순환 방식으로 사용하여 데이터 전송의 효율성을 높임.

5. 입출력 스케줄링

FCFS (First-Come, First-Served)

요청이 들어온 순서대로 처리.

SSTF (Shortest Seek Time First)

현재 헤드 위치에서 가장 가까운 요청을 먼저 처리.

SCAN (엘리베이터 알고리즘)

헤드가 디스크를 일정 방향으로 이동하면서 요청을 처리하고, 끝에 도달하면 반대 방향으로 이동.

C-SCAN (Circular SCAN)

SCAN과 유사하지만, 끝에 도달하면 처음으로 돌아가서 다시 시작.

6. 캐싱(Caching)

디스크 캐시

자주 사용하는 데이터나 최근에 사용한 데이터를 캐시에 저장하여 접근 속도를 높임.

페이지 캐시

메모리의 페이지 단위로 데이터를 캐싱하여 성능을 향상시킴.

7. 입출력 관리의 목표

효율성

시스템 자원의 최대 활용.

공정성

모든 프로세스가 공정하게 자원을 사용할 수 있도록 보장.

응답 시간 최소화

사용자 요청에 대한 빠른 응답 제공.

데이터 무결성

데이터의 일관성과 정확성을 유지.

운영체제는 위와 같은 다양한 기법들과 전략들을 통해 입출력 장치와의 통신을 효율적으로 관리합니다. 
이를 통해 시스템 성능을 최적화하고 사용자 경험을 향상시킵니다.

프로세스 간 통신

운영체제(OS)에서 프로세스 간 통신(IPC, Inter-Process Communication)은 서로 다른 프로세스들이 데이터를 주고받고, 작업을 조정하는 데 사용됩니다. 
IPC는 여러 방법이 있으며, 각 방법은 특정한 상황과 요구에 맞게 설계되었습니다. 

주요 IPC 메커니즘

1. 파이프(Pipes)

파이프는 하나의 프로세스에서 다른 프로세스로 데이터를 전송하는 데 사용됩니다. 
파이프는 단방향 통신을 지원하며, 익명 파이프와 네임드 파이프로 구분됩니다.

익명 파이프(Anonymous Pipes)
부모-자식 프로세스 간 통신에 사용되며, 이름이 없습니다.

네임드 파이프(Named Pipes, FIFO)
이름을 가지며, 서로 관련이 없는 프로세스 간 통신이 가능합니다.

2. 메시지 큐(Message Queues)

메시지 큐는 커널이 관리하는 메시지 리스트로, 프로세스 간에 메시지를 보낼 수 있는 방법을 제공합니다. 
각 메시지는 식별자를 가지며, 동기화 문제를 해결할 수 있습니다.

3. 공유 메모리(Shared Memory)

공유 메모리는 두 프로세스가 동일한 메모리 영역에 접근할 수 있도록 합니다. 
가장 빠른 IPC 방법 중 하나로, 직접 메모리에 접근하므로 속도가 빠르지만 동기화 문제가 발생할 수 있습니다. 
세마포어나 뮤텍스와 같은 동기화 메커니즘을 사용하여 문제를 해결할 수 있습니다.

4. 메모리 맵(Memory-Mapped Files)

메모리 맵은 파일의 내용을 프로세스 주소 공간에 매핑하여, 파일 내용을 메모리처럼 다룰 수 있게 합니다. 
여러 프로세스가 동일한 파일을 매핑하면, 파일을 통해 데이터를 공유할 수 있습니다.

5. 소켓(Sockets)

소켓은 네트워크를 통해 프로세스 간 통신을 가능하게 하는 방법입니다. 
로컬 호스트 내의 프로세스 간 통신뿐 아니라, 네트워크를 통한 원격 통신에도 사용됩니다.

6. 세마포어(Semaphores)

세마포어는 동기화를 위한 IPC 메커니즘으로, 프로세스 간에 공유 자원의 접근을 제어합니다. 
주로 공유 메모리와 함께 사용됩니다.

7. 시그널(Signals)

시그널은 프로세스에 특정 이벤트가 발생했음을 알리는 방법입니다. 
시그널을 통해 프로세스를 제어하거나 특정 행동을 트리거할 수 있습니다.

8. 원격 프로시저 호출(Remote Procedure Call, RPC)

RPC는 한 프로세스가 다른 프로세스의 함수를 호출하는 것처럼, 원격 시스템의 프로시저를 호출할 수 있게 합니다. 
네트워크를 통해 호출이 이루어집니다.

각 IPC 메커니즘은 성능, 사용 편의성, 보안 등의 측면에서 장단점이 있습니다. 
적절한 IPC 방법을 선택하는 것은 응용 프로그램의 요구 사항과 시스템 아키텍처에 따라 달라집니다.