운영체제

커널 vs 하이퍼바이저

운영체제(Operating System)의 핵심인 커널(Kernel)과 가상화 환경을 관리하는 하이퍼바이저(Hypervisor)는 자원 관리 방식에서 차이가 있다.

특징	커널	하이퍼바이저
정의	운영 체제의 핵심 구성 요소로, 하드웨어 자원과 소프트웨어 간의 상호작용을 관리함	여러 가상 머신(VM)을 생성하고 관리하는 소프트웨어임
주 목적	프로세스 관리, 메모리 관리, 파일 시스템 관리 등 기능 제공	가상화, 자원 할당, 여러 운영 체제의 동시 실행 지원
자원 관리	물리적 자원(CPU, 메모리, I/O) 직접 관리	물리적 자원을 가상 머신에 할당하고 관리함
문맥 교환	프로세스 간의 문맥 교환 관리	가상 머신 간의 문맥 교환 관리
의존성	하드웨어 위에서 직접 실행됨	하드웨어 위(타입 1) 또는 OS 위(타입 2)에서 실행됨

시스템 호출은 응용 프로그램이 운영체제의 커널이 제공하는 서비스를 이용하기 위해 호출하는 인터페이스다. 주로 파일 시스템, 네트워크, 프로세스 관리와 관련된 작업을 수행한다.

비시스템 호출은 커널의 개입 없이 사용자 모드(User Mode)에서 라이브러리나 애플리케이션 코드 내에서 처리되는 명령이다.

고급 언어로 작성된 애플리케이션은 직접 하드웨어에 접근하지 않고 계층적인 구조를 거쳐 메모리를 할당받는다.

프로세스(Process)는 실행 중인 프로그램의 인스턴스이며, 스레드(Thread)는 프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위다.

항목	프로세스	스레드
자원 공유	독립적인 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap)을 가짐	프로세스 내 Code, Data, Heap 영역을 공유하고 Stack만 개별 보유함
통신 방식	IPC(Pipe, Socket, Shared Memory)가 필요함	공유 메모리를 통해 직접 통신이 가능하여 효율적임
생성 비용	프로세스 생성 및 자원 할당 비용이 큼	스레드 생성 및 제거 비용이 상대적으로 낮음
동기화	프로세스 간 영향을 주지 않아 안전함	공유 자원 접근 시 동기화 문제(Race Condition)가 발생할 수 있음

컨텍스트 스위칭은 CPU가 한 작업에서 다른 작업으로 전환될 때, 현재 상태를 저장하고 새로운 상태를 불러오는 과정이다.

프로세스 컨텍스트 스위칭:
- PCB(Process Control Block)에 상태를 저장하고 복원함
- 캐시 메모리 초기화 등 오버헤드가 큼
스레드 컨텍스트 스위칭:
- TCB(Thread Control Block)를 사용함
- 공유하는 자원을 제외한 정보만 교체하므로 프로세스 스위칭보다 빠름

가상 메모리는 물리적 메모리(RAM)의 한계를 극복하기 위해 프로세스마다 독립적인 논리적 주소 공간을 제공하는 기술이다.

컴퓨터 전원이 켜진 후 운영체제가 실행되기까지의 과정을 담당하는 펌웨어와 소프트웨어다.

BIOS (Basic Input/Output System):
- 하드웨어 초기화 및 POST(Power-On Self-Test) 수행함
- MBR(Master Boot Record) 방식을 사용하여 2TB 이상의 디스크 인식이 제한됨
UEFI (Unified Extensible Firmware Interface):
- BIOS의 한계를 극복한 최신 인터페이스임
- GPT(GUID Partition Table) 지원 및 GUI 환경 제공, 보안 부트 기능 포함함
부트로더 (Bootloader):
- 커널을 메모리에 로드하고 제어권을 넘겨주는 역할을 함
- 리눅스의 GRUB, 윈도우의 Windows Boot Manager가 대표적임

운영체제는 데이터를 효율적으로 관리하기 위해 파일 시스템(File System)을 사용한다.

키보드 입력은 하드웨어 신호에서 소프트웨어 데이터로 변환되는 과정을 거친다.