컴퓨터의 구성 요소 (H/W, User mode, Kernel mode)

국가와 국민으로 이해하기

그림1 - 영토, 정부, 민간

• 컴퓨터 = 국가
• 국가는 영토, 정부, 민간 3가지로 구성된다.
• 영토가 있어야 정부가 존재할 수 있으며, 정부가 있어야 국민이 존재할 수 있다. (존립 기반 = 전제 조건)
• 영토 = H/W = CPU+RAM+DISK 등
• 정부,민간 = S/W 
• 정부 = System(OS) → OS의 핵심 Kernel (접근 제어)
• 민간 = Application → 프로그램 실행 → Process (메모리 공간을 개별로 소유)
• 프로세스끼리 서로 침범해서는 안되며, B프로세스가 A프로세스에 침범 시 OS가 접근 제어한다.
• 여러 개 프로세스가 동시에 존재 = 멀티태스킹 환경 (독립성, 원자성 보장)
• 검찰, 경찰 = 디버거 → 다른 프로세스의 메모리를 볼 수 있다. (OS에서 권한 허용)

 

 

OS의 핵심 Kernel

• 컴퓨터라는 국가의 법은 Kernel로 구현된다.
• Kernel 영역과 User(사용자)영역은 완전히 다른 세상이다. → 신계 vs 인간계

Kernel의 역할

1. I/O 제어
2. 자원 관리 (CPU, 메모리)
3. 접근 통제

 

 

User mode와 Kernel mode

그림2 - H/W, User mode, Kernel mode

• H/W = Physical = CPU = Machine
• S/W = Logical ≒ Virtual
• Kernel mode ≒ OS
• OS는 H/W에 의존성이 존재한다. (H/W가 있어야 OS가 존재한다.)
• Platform → 다른 것들이 작동할 수 있게 인프라가 되어준다. (CPU, OS)
• 64 bit Platform = CPU 64bit, OS 64bit
• Device(장치)를 움직이게 하기 위한 Kernel에서 작동하는 소프트웨어 = Device Driver (장치 드라이버)
• Device Driver에 따라서 Kernel에 구성 요소가 있음. = Engine(엔진) → 그래픽 엔진 등
• User mode와 Kernel mode를 연결해주는 인터페이스 = File의 형태로 존재 (Device File)
• Kernel의 구성 요소에 대한 추상화된 인터페이스를 User mode에 제공해줄 때 File 형태로 존재한다.
• 프로세스가 Kernel mode와 통신하기 위해 인터페이스에 대한 접근 권한을 획득해야 한다. → OS가 권한 부여
• 읽기,쓰기,실행(RWX) 권한 부여를 OS가 한다. → OS는 각 파일에 대해 RWX 권한 부여를 통해 제어

컴퓨터에서 Hello World 입력 시 모니터에 출력되는 과정

1. 프로세스에서 인터페이스로 Write
2. Kernel의 구성 요소 = 그래픽 엔진에서 write된 내용 수신
3. Device Driver(그래픽 드라이버)
4. Device(비디오 카드)
5. 모니터에 문자열 출력

 

 

가상화란?

• H/W를 S/W로 구현 = H/W를 소프트웨어화 한다. = Virtualization (가상화)
• 클라우드 = H/W를 S/W로 구현

 

 

 

 

 

 

 

 

참고

https://www.inflearn.com/course/%EB%84%93%EA%B3%A0%EC%96%95%EA%B2%8C-%EC%BB%B4%EA%B3%B5-%EC%A0%84%EA%B3%B5%EC%9E%90