컴퓨터시스템기사 필기 02 — 개발자 환경 구축 + 운영체제 기초 (프로세스·스케줄링)

컴퓨터시스템기사 필기 02 — 개발자 환경 구축 + 운영체제 기초 (프로세스·스케줄링)

1과목 "운영체제 및 시스템소프트웨어"의 첫 번째 파트입니다.
출제기준 순서대로 개발자 환경 구축부터 시작합니다.

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1. 개발자 환경 구축

운영체제 개념·종류·특징

운영체제(OS)는 하드웨어와 사용자 사이에서 자원을 관리하고 프로그램 실행 환경을 제공하는 시스템 소프트웨어예요.

 

운영체제의 목적:

처리능력(Throughput) 향상
반환시간(Turnaround Time) 단축
사용가능도(Availability) 향상
신뢰도(Reliability) 향상

 

 

운영체제 종류:

Windows  — GUI 기반, 개인용 PC 표준
Linux    — 오픈소스, 서버/임베디드/클라우드 표준
macOS    — Apple 전용, UNIX 기반
Android  — 모바일, Linux 커널 기반
iOS      — Apple 모바일, UNIX 기반

 

 

운영 방식 분류:

단일 프로그래밍  — 한 번에 한 프로그램만 실행
다중 프로그래밍  — 여러 프로그램을 메모리에 올려 CPU 효율 향상
시분할 시스템 ⭐ — 여러 사용자가 시간을 나눠 동시에 사용하는 방식
다중처리 시스템  — CPU 여러 개로 병렬 처리
분산처리 시스템  — 네트워크로 연결된 여러 컴퓨터가 협력

 

기본 명령어 (CLI)

Linux 주요 명령어:

ls -al    — 파일 목록 (숨김파일 포함)
chmod     — 파일 권한 변경
ps aux    — 프로세스 목록
top       — 실시간 시스템 모니터링
grep      — 텍스트 검색
cd/mkdir/rm — 디렉토리/파일 관리

 

부트로더 (Boot Loader)

전원 투입 → BIOS/UEFI → 부트로더 → OS 커널 로드

대표적인 부트로더:
  GRUB   — Linux 표준 부트로더
  U-Boot — 임베디드 리눅스 표준
  BOOTMGR — 현재 Windows 부트로더

 

기본 개발환경 — 프로그래밍 언어와 IDE

주요 프로그래밍 언어:

언어	특징	주요 용도
C	저수준, 빠름, 포인터	시스템/임베디드
C++	C + 객체지향	게임/시스템
Java	JVM 기반, 플랫폼 독립	엔터프라이즈/Android
Python	간결, 풍부한 라이브러리	AI/데이터/자동화
JavaScript	웹 표준 스크립트	프론트엔드/Node.js

 

 

컴파일 vs 인터프리터 ⭐

컴파일 언어: C, C++, Java(바이트코드)
  → 전체 번역 후 실행, 속도 빠름

인터프리터 언어: Python, JavaScript
  → 한 줄씩 번역·실행, 수정 용이

 

 

대표 IDE:

Visual Studio Code — 경량, 다언어 지원
IntelliJ IDEA      — Java/Kotlin 특화
Eclipse            — Java 표준
PyCharm            — Python 특화

 

기출 문제

Q. 컴파일러와 인터프리터의 차이점을 설명하시오.

A. 컴파일러는 소스코드 전체를 기계어로 번역한 후 실행하여 속도가 빠르다. 인터프리터는 한 줄씩 번역하며 실행하여 수정이 용이하지만 실행 속도가 느리다.

 

Q. 부트로더의 역할은?

A. BIOS/UEFI 이후 실행되어 운영체제 커널을 메모리에 적재하고 실행을 넘겨주는 역할을 한다.

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2. 운영체제 주요 기능 — 프로세스 관리

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프로세스 (Process)

프로세스란

실행 중인 프로그램
메모리에 적재되어 CPU를 할당받아 실행되는 작업 단위

 

프로세스 상태 전이 ⭐⭐

생성(New)
  ↓ 승인
준비(Ready) ←──────────── 실행(Running)
  ↓ 디스패치(할당)          ↓ 입출력 요청
  →→→→→→→→→→→→→→→     대기(Waiting)
                    ↑ 입출력 완료
  완료(Terminated) ←── 실행

 

상태 전이 명칭:

준비 → 실행: 디스패치(Dispatch)
실행 → 준비: 선점(Preemption) / 타임아웃
실행 → 대기: 블록(Block) — 입출력 요청 등
대기 → 준비: 웨이크업(Wakeup)
실행 → 완료: 종료

 

PCB (Process Control Block)

 

프로세스의 모든 정보를 저장하는 자료구조예요.

프로세스 ID, 상태
프로그램 카운터(PC)
레지스터 값
메모리 관리 정보
입출력 상태 정보

 

기출 문제

Q. 프로세스가 준비 상태에서 실행 상태로 전이될 때 이를 무엇이라 하는가?

A. 디스패치(Dispatch)

 

Q. 실행 중인 프로세스가 입출력 요청을 하면 어떤 상태로 전이되는가?

A. 대기(Waiting/Blocked) 상태로 전이된다.

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CPU 스케줄링 ⭐⭐⭐

스케줄링 목표

CPU 이용률 극대화
처리량(Throughput) 최대화
대기시간(Waiting Time) 최소화
반환시간(Turnaround Time) 최소화
응답시간(Response Time) 최소화

 

비선점(Non-preemptive) 스케줄링

한 번 CPU를 할당받으면 작업이 끝날 때까지 빼앗기지 않아요.

 

FCFS (First Come First Served) — 선입선출

도착 순서대로 처리
장점: 구현 단순
단점: 호위 효과(Convoy Effect) — 긴 작업 뒤에 짧은 작업이 오래 기다림

 

SJF (Shortest Job First) ⭐⭐

실행 시간이 가장 짧은 프로세스 먼저
장점: 평균 대기시간 최소화 (최적 알고리즘)
단점: 실행 시간 예측 어려움, 기아(Starvation) 발생 가능

 

HRN (Highest Response-ratio Next)

우선순위 = (대기시간 + 서비스시간) / 서비스시간
SJF의 기아 현상 보완

 

선점(Preemptive) 스케줄링

실행 중인 프로세스를 강제로 빼앗을 수 있어요.

 

RR (Round Robin) ⭐⭐

시간 할당량(Time Quantum)만큼 실행 후 다음 프로세스로
장점: 공평성, 시분할 시스템에 적합
단점: 시간 할당량이 너무 작으면 문맥교환 오버헤드 증가

 

SRT (Shortest Remaining Time)

남은 실행 시간이 가장 짧은 프로세스 선점
SJF의 선점 버전

 

다단계 큐 (Multilevel Queue)

여러 개의 큐로 프로세스를 분류하여 스케줄링

 

스케줄링 계산 예시

 

Q. 다음 프로세스를 FCFS 순으로 스케줄링할 때 평균 대기시간은?

프로세스	도착시간	실행시간
P1	0	4
P2	1	3
P3	2	1

A.

P1: 0~4 실행, 대기시간 = 0
P2: 4~7 실행, 대기시간 = 4-1 = 3
P3: 7~8 실행, 대기시간 = 7-2 = 5

평균 대기시간 = (0+3+5)/3 = 8/3 ≈ 2.67

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스레드 (Thread)

프로세스 내의 실행 단위
같은 프로세스의 스레드는 코드, 데이터, 힙 영역을 공유
각 스레드는 자신만의 스택(Stack)과 레지스터를 가짐

 

멀티스레딩 장점:

응답성 향상 — 일부 스레드 블록돼도 다른 스레드 실행 가능
자원 공유 — 프로세스 간 통신보다 효율적
경제성 — 프로세스 생성보다 스레드 생성 비용이 낮음

 

기출 문제

Q. 멀티스레딩에서 스레드 간에 공유되는 자원이 아닌 것은?

A. 스택(Stack)과 레지스터는 각 스레드가 독립적으로 가짐. 코드, 데이터, 힙은 공유.

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문맥 교환 (Context Switching)

현재 실행 중인 프로세스 상태를 PCB에 저장
다음 실행할 프로세스 상태를 PCB에서 복원
오버헤드 발생 — 너무 잦으면 성능 저하

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💡 실무에서는?

인프라 SI 현장에서 서버 성능 문제를 진단할 때, CPU 사용률이 높은데 처리량이 낮으면 가장 먼저 확인하는 게 컨텍스트 스위칭 횟수예요. 프로세스 수가 너무 많거나 스레드 경합이 심하면 실제 연산보다 컨텍스트 스위칭에 CPU 시간을 다 쓰게 되거든요. 특히 보안 솔루션(WAF, IPS)처럼 패킷을 실시간으로 검사하는 장비에서 이 현상이 자주 나타나요.

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핵심 정리

✅ 프로세스 상태 5가지: 생성/준비/실행/대기/완료
✅ 준비→실행: 디스패치 / 실행→준비: 선점
✅ FCFS — 도착순, 호위효과 단점
✅ SJF — 평균대기시간 최소, 기아 단점
✅ RR — 시간 할당량, 공평성, 시분할 적합
✅ HRN = (대기+서비스) / 서비스
✅ 스레드 — 스택/레지스터는 독립, 코드/데이터/힙 공유

 

다음 편에서는 운영체제 주요기능으로 이어갑니다!

 

궁금한 점은 댓글로 남겨주세요!

 

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