Operating Systems Interview Questions

참고 자료 Geeks for geeks

0. 운영체제란?

• 사용자와 컴퓨터 시스템 간 GUI 역할 수행
  • 사용자와 컴퓨터 하드웨어 간 메모리, processing, power, I/O 작업등의 자원을 관리
• 운영 체제는 컴퓨터에서 실행 중인 모든 process 를 관리
  • 각 process가 processor를 사용할 수 있도록 일정한 시간을 할당
  • 각 process가 필요한 memory나 disk 같은 다양한 자원 할당
• 대표적인 운영체제로는 Windows, MacOS, Linux, Android, … 가 있음

1. Process, Process Table은 무엇인가?

• Process
  • 실행 중인 program의 instance
    • 웹 브라우저, 명령 프롬프트, …
  • OS는 process가 필요한 자원들을 할당해준다.
    • memory, disk, …
• Process Table
  • OS는 모든 process의 상태를 추적하기 위해 Process Table을 유지
  • 각 process가 사용 중인 자원과 process의 상태가 함께 기록

2. Process의 State

• NEW : 새롭게 생성된 프로세스가 가지는 상태입니다.
• READY (준비 상태):
  • 준비 큐에서 운영체제에 의해 CPU에 로드되길 기다리는 상태입니다.
    • process 가 processor 사용 준비 갈 완료
    • OS가 processor를 할당해주기만을 기다려
• RUNNING (실행 상태):
  • CPU에 로드되어 실행 중인 상태
    • 실행에 필요한 모든 자원 보유
    • OS로부터 processor를 사용할 권한 부여 받음
    • 한 번에 하나의 Process만 실행 상태가 될 수 있음
• WAITING (대기 상태):
  • I/O 이벤트가 발생했을 때 해당 이벤트가 처리되는 동안, 혹은 어떤 이벤트를 기다릴 때 Device queue 에서 대기하는 상태 입니다.
    • Process가 사용자 입력이나 Disk Access와 같은 외부 이벤트가 발생하기를 기다리는 상태
• TERMINATED : 프로세스가 종료되고 CPU 에서 제거되었을 때의 상태입니다.

3. Thread 란?

• Process 가 수행하는 작업의 실행 단위
• Process 내부에서 실행되는 단일 실행 흐름(Sequence Stream)
  • Process가 할당 받은 자원을 사용하여 작업을 수행
• 병렬 처리를 통해 어플리케이션 성능을 향상시키는데 널리 사용됨
  • ex) 웹 브라우저에서는 여러 개의 tab이 각각 다른 thread로 실행될 수 있음

4. Process 와 Thread의 차이

• Process
  • 실행 중인 program의 instance
  • 독립적인 실행 단위.
  • 생성 시, 자체적인 메모리 공간을 할당 받음 (코드 / 데이터 / 힙 / 스택)
• Thread
  • Process 내에서 독립적으로 실행될 수 있는 가장 작은 명령어 단위 (process의 일부)
  • 한 Process 내 여러 Thread를 가질 수 있으며 이 Thread들은 해당 thread의 자원을 일부 공유
    • 같은 주소 공간 (코드, 데이터, 힙 (운영 체제 자원 등)) 공유
      • stack은 고유 영역
    • 그래서 thread를 ‘lightweight process’라 부르기도 함
  • 각 thread는 개별적인 Program Counter (PC), Register, Stack space를 가지므로 같은 process 내에서도 독립적으로 실행될 수 있음

5. Multithreading programming의 장점

• System의 반응성을 높이고 자원 공유를 가능하게 함
  • process 내부에 있는 thread는 heap 영역을 공유하기 때문에 thread끼리 공유 용이
  • 서로 공유하는 영역이 많기 때문에 CPU cache hit rate이 높아 Multi processing 보다 context switching cost down⬇️
• Multiprocess architecture를 활용할 수 있도록 하며, 더 경제적이고 선호되는 방식

6. Thrashing 이란?

• 컴퓨터의 성능이 급격히 저하되거나 마비되는 현상
• 시스템이 실제 작업을 수행하는 시간보다 Page Fault를 처리하는 데 더 많은 시간을 소모할 때 발생
  • Page Fault - 가상 메모리의 장점을 활용하기 위해선 필수적이로 처리해야 함
• Page Fault 율이 급격히 증가하면 시스테 성능에 부정적인 영향을 미침
  • 더 많은 transaction 이 Paging Device에서 처리되어야 함
    • Paging Device의 queue가 길어짐
      • Page Fault의 서비스 시간 증가
        • 전체적인 성능 저하

7. Buffer 란?

• 두 장치 간 또는 장치와 application 간에 전송되는 데이터를 임시로 저장하는 메모리 영역 (임시 저장소)
• 주로 입출력 (I/O) 속도를 맞추거나 데이터 흐름을 조절하는데 사용
  • ex) 키보드를 빠르게 입력하면 OS가 이를 buffer에 저장한 후, 일정한 속도로 프로그램에 전달함
• Network 통신, 파일 입출력, 스트리밍에서도 데이터를 일정량 모아서 보내는 역할을 함

8. Virtual Memory란?

• 각 사용자가 연속적인 주소 공간을 가지고 있는것처럼 보이게 하는 기술
  • 각 주소는 0번지부터 시작하는 것처럼 보이지만, 실제로는 물리적 메모리 (RAM) 보다 훨씬 큰 크기를 가질 수 있음
• 디스크 공간을 이용하여 RAM을 확장
  • 실행중인 process는 사용중인 memory가 RAM인지 Disk인지 신경쓸 필요 없이, OS가 필요한 부분만 물리적 메모리로 로드하여 실행할 수 있도록 함
  • 가상 주소 공간을 작은 단위 (page) 로 나누어 필요할 때만 물리적인 메모리에 적재

    • 제한된 RAM보다 훨씬 효율적으로 사용 가능

• OS는 Program이 요청한 데이터나 코드가 RAM에 없는 경우 이를 감지하고 Disk에서 해당 부분을 가져와 RAM에 적재 수행 (Page Fault 처리)
• RAM을 효율적으로 관리: 필요할 때만 Disk에서 RAM으로 가져오기, 필요없으면 다시 Disk로

9. OS의 주요 목적

• User와 Computer Hardware 간의 중개자 역할
  • User가 program을 편리하고 효율적으로 실행할 수 있는 환경을 제공하는 것
• OS는 Computer Hardware를 관리하는 Software
  • Hardware는 Computer system이 올바르게 작동하도록 적절한 제어 메커니즘을 제공, user program이 system의 정상적인 작동을 방해하지 않도록 보호해야 함

10. Demand Paging 이란?

• OS에서 memory 사용을 최적화하고 시스템 성능을 향상시키기 위한 메모리 기법
  • Page Fault가 발생할 때마다 필요한 Page를 Memory에 로드하는 과정을 의미
    • Page Fault: 현재 실행중인 process가 필요로 하는 메모리 자원이 RAM에 없을 때 발생하는 이벤트
  • Page를 미리 memory에 로드하지 않고, 필요할 때만 올려 사용. 필요하지 않은 page는 보조 기억 장치 (Disk)에 유지

11. Kernel 이란?

• Operating Systems의 중심 구성 요소
• 컴퓨터와 하드웨어의 동작을 관리
  • Memory, CPU 시간의 운영 관리, …
• Application과 하드웨어 수준에서 수행되는 데이터 처리 간의 다리 역할
• IPC (Inter Process Communication, 프로세스간 통신) 및 System Calls (시스템 호출) 을 사용하여 상호작용

12. 다양한 Scheduling Algorithms

• OS 는 CPU를 효율적으로 할당하기 위해 Scheduling Algorithms를 사용
• FCFS (First-Come, First-Served) Scheduling
  • 가장 먼저 도착한 process부터 처리
  • 가장 단순한 방식
  • 긴 프로세스가 먼저 실행되면 대기 시간이 길어지는 문제 발생 (Convoy Effect)
• SJN (Shortest-Job-Next) Scheduling
  • 실행시간이 가장 짧은 작업을 우선 실행
  • 평균 대기 시간이 짧아지는 장점
  • 실행 시간이 긴 프로세스가 계속 밀릴 수 있어 기아 현생 발생 가능 (Starvation)
• Priority Scheduling
  • 각 process에 우선순위 값을 부여하고, 높은 우선순위의 process를 먼저 실행
  • 긴급한 작업을 먼저 처리할 수 있음
  • 낮은 우선순위의 작업이 계속 밀릴 수 있음 (Starvation) - Aging 기법을 사용하여 Starvation 방지 가능
• SRT (Shortest Remaining Time) Scheduling
  • 현재 실행 중인 process와 비교하여, 실행 시간이 더 짧은 process가 도착하면 교체 (Preemptive)하여 실행
  • SJN 의 선점형 (Preemptive) 버전
  • 더 짧은 작업이 계속 들어오면 긴 작업이 계속 밀릴 수 있음 (Starvation)
• RR (Round Robin) Scheduling
  • 각 process에 동일한 시간 할당 (Time Quantum) 을 주고, 순환하며 실행
    • 모든 process가 일정한 시간마다 CPU를 할당받을 수 있음
    • Time Quantum이 너무 크면 -> FCFS 같음 Time Quantum이 너무 작으면 -> Context Switching Overhead가 커짐
• Multiple-Level Queues Scheduling
  • process를 여러 개의 Queue로 분류. 각 Queue에 다른 Scheduling Algorithms 적용
  • 실시간 process (높은 우선순위) 와 일반 사용자 process (낮은 우선순위)를 분리하여 관리 가능
    • 즉, Process의 특성에 따라 Queue 를 나누어 효율적으로 관리 가능
  • Queue 간 이동이 가능한 Multi-Level Feedback Queue 도 있다

13. Multi-Programming의 목적

• Organize Job (코드와 데이터를 정리)하여 CPU가 항상 실행할 작업을 갖도록 하여 CPU 활용도 (CPU Utilization) 향상
• 주요 목적
  • 여러 개의 작업을 Main Memory (RAM)에 유지하는 것
  • 하나의 작업이 I/O 작업으로 인해 대기 상태에 들어가면, CPU가 다른 작업을 실행하도록 할당
    • CPU가 Idle State (유휴 상태) 로 들어가지 않도록

14. Time-Sharing System이란?

• Multi-Programming의 확장 개념
• CPU가 매운 빠른 속도로 작업을 전환 (Switching) 하여 여러 작업을 동시에 실행하는 것처럼 보이게 함
• Time-Sharing Operating System은 여러 사용자가 동시에 컴퓨터를 공유할 수 있도록 하며, 각 사용자는 실행 중인 프로그램과 실시간으로 상호작용 가능

15. Computer System에 OS가 없다면?

• 자원 관리 부족 (Poor Resource Management)
  • CPU, Memory, Disk 등의 자원을 효율적으로 관리할 수 없음
  • 여러 프로그램을 동시에 실행하는 것이 어려워짐
• 사용자 인터페이스 부재 (Lack of User Interface)
  • GUI, CLI 제공 x
  • 사용자가 컴퓨터와 직접 상호작용할 수 없음
• 파일 시스템 없음 (No File System)
  • 파일을 저장/수정/삭제 하는 파일 시스템 제공 ㅌ
  • 데이터를 구조화하여 관리하는 것이 불가능해짐
• 네트워킹 기능 없음 (No Networking)
  • 인터넷 및 네트워크 연결 관리 불가
• 오류 처리 불가능 (Error Handling)
  • 프로그램 충돌, 메모리 오류 등 감지 + 복구 수행 불가
  • 에러를 처리할 수 없어 시스템이 쉽게 중단될 가능성이 높아짐

16. Multithreading Programming 의 장점

• Thread 는 lightweight process (경량 프로세스) 라고도 불림
• Multithreading Programming의 핵심 개념은 하나의 process를 여러 개의 thread로 나누어 병렬성을 달성하는 것
• 같은 process 내 thread들은 공유 메모리 공간에서 실행 됨

17. FCFS scheduling algorithm 이란?

• Scheduling Algorithms
• 먼저 온 순서대로 (First Come First Served).
  • Ready Queue에 먼저 도착한 작업이 CPU를 할당받고 실행. 그 다음에 도착한 작업이 순차적으로 실행
• 비선점형 (Non-Preemptive)
  • 한 process가 CPU를 할당받으면 작업이 끝나거나 I/O 작업을 수행할 때까지 CPU 계속 점유
• 한계
  • 실행 시간이 긴 작업이 먼저 할당되면, 그 뒤에 있는 짧은 작업들이 오랫동안 대기해야하는 문제 발생 가능

18. RR scheduling algorithm 이란?

• 각 process에게 공평하게 CPU 시간을 할당
  • 정해진 시간(Time Quantum) 동안 실행
  • 해당 시간이 지나면, 작업이 완료되지 않았더라고, CPU 를 다음 process로 넘기고 남은 작업은 queue의 뒤로 이동
• 특징
  • FCFS에서 시간 할당 개념이 추가된 구조
  • 모든 process가 동일한 우선순위를 가짐
  • Time Slicing Scheduling 라고도 함
  • Starvation 발생 X (순환 방식이어서)

19. 다양한 RAID(level) 종류

• RAID(Redundant Array of Independent Disks, 중복 배열 독립 디스크)는 여러 개의 물리적 Disk Drive를 Operating Systems에서 하나의 논리적 장치로 인식하도록 구성하는 기술
• 빠른 Processor, 느린 Disk Drive 간의 성능 차이를 줄이는 역할
• 0 ~ 6까지의 level 존재
  • level이 높을 수록 보호 기능 강화 & 저장 효율 감소 경향

20. Bankers 알고리즘이란?

• 자원 할당 및 Deadlock 회피를 위한 Alg
• 모든 process가 필요로 하는 최대 자원량을 미리 파악한 뒤, 그 자원들을 할당한다고 가정하여 시스템이 safe state에 있는지 시뮬
• 그 후, 안전성 검사 (s-state check) 을 수행하여 모든 process가 deadlock 없이 실행될 수 있는 경우에만 자원 할당 허용

21. 논리 주소 공간(Logical Address)와 물리 주소 공간(Physical Address)의 주요 차이점

구분	논리 주소 (Logical Address)	물리 주소 (Physical Address)
기본	CPU에 의해 생성	실제 메모리 장치에 에 위치
주소 공간	CPU가 생성한 모든 주소의 집합	논리 주소와 매핑되는 실제 주소의 집합
가시성	O	X
생성 주체	CPU	MMU (Memory Management Unit)
사용자 접근 가능 여부	논리 주소를 사용해서 물리 주소에 접근 가능	물리 주소에 직접 접근 X

• 논리 주소: process 가 보는 memory address (즉, 가상 주소)
• 물리 주소: 사용자가 직접 접근할 수 없으니, OS가 중간에 대신 처리해야 함
• => process 는 진짜 위치 (Physical Address) 를 신경 쓸 필요 없고, process가 아는 주소 (Logical Address) 만 사용 -> OS가 알아서 진짜 위치에 mapping

22. Dynamic Loading이 메모리 공간 활용을 어떻게 향상시키는가?

• 특정 routine (function / code block) 은 실제로 호출되기 전까지 memory에 load되지 않음
• 오류 처리 routine처럼 드물게 사용되는 대용량 code가 있을 경우 특히 유용
• 필요한 시점에만 memory에 적재하므로, 전체 program이 한꺼번에 memory를 차지하지 않아 memory 공간을 더 효율적으로 사용 가능

23. Overlays 란?

• 현재 필요한 부분만 memory에 load
• 해당 부분의 실행이 끝나면 그 부분을 memory에서 제거한 뒤, 다음 실행에 필요한 부분을 다시 load
• memory가 제한된 환경에서 큰 program을 효율적으로 실행할 수 있게 해줌

24. Fragmentation이란?

• process가 memory가 저장되었다가 제거되는 과정에서 작은 크기의 빈 memory 공간들이 여기저기 흩어져 생기게 됨
  • 이러한 빈 공간들은 너무 작아서 다른 process가 사용하기 적합 X
  • 사용되지 못한 채 남아있게 되는 현상: Fragmentation
• memory block의 크기가 너무 작아서 어떤 요청도 수용할 수 없을 때 발생하는 문제
• 주로 dynamic memory allocation 환경에서 여러 요청과 해제가 반복될 때 자잘한 빈 공간들이 생기면서 발생

25. Paging의 기본 기능은?

• 비연속적인 (Non-Contiguous) Memory 할당을 위한 기법
  • 고정 크기 분할 방식 (fixed-size partitioning scheme)을 사용
  • Secondary Memory에 있는 Process를 Main Memory로 가져올 때 사용되는 memory 관리 방식
  • 각 process가 동일한 크기의 block (page) 단위로 분할
  • 마지막 block은 page 크기보다 작을 수 있음
  • 분할된 process의 page는 사용 가능한 frame에 따라 main memory에 저장됨
• Main Memory와 Secondary Memory를 동일한 크기의 block으로 나눔
  • Main memory의 block: Frame
  • Secondary memory의 block: Page

26. Swapping은 어떻게 더 나은 Memory 관리를 가능하게 할까?

• Swapping
  • OS가 사용하는 간단한 Memory/Process 관리 기법
  • Processor의 활용도를 높이기 위해 blocked 된 일부 process를 Main Memory -> Secondary Memory로 이동시키는 방식
• 일시적으로 중단된 Process들을 Secondary Memory에 대기시키는 Queue를 만들고, 그 사이에 도착한 새로운 process를 실행함으로써 전체적인 실행 흐름을 유지
• OS가 설정한 일정한 주기마다, Process는 Main Memory에서 Backing Store (백업 저장소)로 복사되었다가, 나중에 다시 복원되어 실행될 수 있음
• Swapping을 통해 한 번에 Memory에 적재할 수 있는 Process 수보다 더 많은 Process를 실행 가능하게 하여 Memory 활용도를 향상시킬 수 있음

27. 고전적인 Synchronization 문제

• Synchronization (동기화): 공유 자원에 여러 process/thread가 동시에 접근할 때, 충돌이나 예기치 못한 에러 없이 일관된 결과를 유지하도록 제어하는 것

• Bounded-Buffer Problem (한정 버퍼 문제)

  • 생산자-소비자문제로도 알려짐

  • 생산자	소비자
    data를 buffer에 넣는다	buffer에서 data를 꺼낸다

  • buffer의 크기는 제한되어 있음
    • buffer가 가득 찼을 땐 생산자가 대기, buffer가 비어있을 땐 소비자가 대기해야 함
  • ➡️ 버퍼의 공백 여부에 따라 동기화 필요
• Readers-Writers Problem (읽기-쓰기 문제)
  • DB 등의 공유 자원에 대해 여러 Process가 동시에 접근 시 여러 READ process 는 동시에 접근 가능하지만, WRITE process는 단독으로 접근해야 함
  • ➡️ READ 와 WRITE 사이의 동기화가 핵심
• Dining Philosophers Problem (철학자 식사 문제)
  • 원형 테이블에 앉아있는 철학자, 각자 양쪽에 포크가 있음 (=공유자원)
  • 식사를 하려면 양쪽 포크를 모두 들어야 함
  • 동시에 포크를 잡으려다 보면 Deadlock 발생 가능
  • ➡️ Deadlock, Starvation, Synchronization 문제의 전형적인 예시
• Sleeping Barber Problem (잠자는 이발사 문제)
  • 이발사: 손님이 없으면 잠든다, 손님이 오면 깨서 이발한다.
  • 손님: 대기실 의자에서 대기. 자리가 없으면 대기하지 않고 돌아감.
  • ➡️ 이발사와 손님사이의 동기화, 제한된 대기 자원이 핵심

공통점
모두 공유 자원에 대한 동시 접근이 있을 때 발생할 수 있는 문제
Mutex, Semaphore, Condition Variable 와 같은 동기화 도구 필요

28. 직접 접근 방식 (Direct Access Method, DMA)란

• 파일을 디스크 모델 기반으로 간주하여 파일을 번호가 매겨진 블록 또는 레코드의 연속적인 집합으로 보는 방식
• 이 방식은 임의의 블록을 자유롭게 읽거나 쓸 수 있도록 허용하며, 대용량 데이터를 빠르게 접근할 떄 유리
• I/O 장치가 CPU를 거치지 않고, 직접 Main Memory와 data를 주고받을 수 있도록 하는 방법
  • 메모리 연산을 더욱 빠르게 처리할 수 있도록 설계
  • 이 과정을 관리하는 전용칩: DMAC (Direct Access Method Controller)

29. Thrashing 은 언제 발생할까?

• system의 process들이 자주 접근하는 page가 실제 memory에 존재하지 않을 때 발생
  • 이로 인해 OS가 Memory 와 Disk 사이에서 Page를 계속 교체하느라 바빠짐
    • 실제 작업을 거의 수행하지 못하는 상태가 됨 (=Thrashing)

30. OS를 설계할 때 가장 좋은 Page Size는?

• Page Size는 system마다 다르기 때문에, 단 하나의 “최적의 크기”는 존재하지 않음!
• Page Size를 결정할 때 필요한 고려 사항
  • Page Table의 크기
  • Paging 시간
  • 전체적인 OS 효율성에 미치는 영향
  • …

31. Multitasking 이란?

• Multiprogramming 의 논리적인 확장 개념
  • 여러 program이 동시에 실행될 수 있도록 지원하는 방식
  • 2개 이상의 task(process)를 동시에 실행
    • CPU와 같은 공통 처리 자원을 함께 공유
• 즉, 하나의 CPU가 여러 작업을 짧은 시간 단위로 빠르게 번갈아가며 실행
  • 사용자 입장에서는 여러 작업이 동시에 이루어지는 것처럼 보이게 만드는 기술

32. Caching 이란?

• Cache 는 자주 사용되는 Main Memory의 데이터를 저장해두는 더 작고 빠른 memory
• CPU 내부에는 명령어와 data를 저장하는 다양한 독립적인 Cache들이 존재
• Cache Memory 는 Main Memory로부터 data를 접근하는 평균 시간을 줄이기 위해 사용

33. Spooling이란?

• Simultaneous Peripheral Operations Online
  • 주변 장치들이 시스템에 연결된 상태에서 동시에 작업을 처리할 수 있도록 하는 기술
• 작업들을 버퍼 (Memory / Disk의 특수한 영역 / …) 에 저장해두고, 주변 장치가 준비되었을 때 해당 데이터를 접근하도록 함
  • 특정 장치를 제어하는게 아니라, 데이터를 “어떻게 넘기고 기다릴 것인가”를 정의하는 하나의 처리 방식
• 장치마다 data를 처리하는 속도가 다르기 때문에 유용
  • 프린터 출력 시 문서를 한꺼번에 프린터로 보내는 것이 아니라, 프린터 큐에 쌓아두고 프린터가 하나씩 처리
    • 해당 구조 또한 spooling의 예시

34. Assembler의 기능은?

• Assembler는 Assembly language 로 작성된 프로그램을 Machine code로 번역하는데 사용
• Assembler 의 input: Assembly language가 포함된 source program
• Assembler 의 output: 컴퓨터가 이해할 수 있는 object code / machine code

35. Interrupts 란?

• Hardware나 Software에서 즉각적인 주의가 필요한 process 나 event가 발생했을 때 발생시키는 신호
  • 현재 작업 중인 process를 중단하고, 우선순위가 높은 작업을 처리하라는 알림을 processor 에게 보냄
  • I/O 장치의 경우, bus control lines 중 하나가 이 목적을 위해 전용으로 사용됨 (Interrupt Service Routine, ISR)

36. GUI 란?

• Graphical User Interface
• 아이콘, 그래픽 심볼을 이용해 사용자와 시스템 간 상호작용이 가능하도록 해주는 인터페이스 제공
• 사용자는 명령어를 직접 입력하는 대신 그래프 요소를 클릭하거나 조작함으로써 작업을 수행

37. Preemptive Multitasking 이란?

• Preemptive Multitasking (선점형 멀티태스킹) 은 컴퓨터 program 들이 OS 와 Hardware 자원을 공유할 수있도록 하는 Multitasking 방식
• 전체 실행 시간과 계산 시간을 여러 process 간 분할
• 자원 전환은 미리 정의된 기준 (타이머/ 우선 순위/ …) 에 따라 자동으로 이루어짐
• 즉, 하나의 process 가 CPU를 너무 오래 점유하지 못하도록 하고, OS가 강제로 제어권을 회수하여 다른 process에 할당
  • => 시스템 전체의 응답성과 공정성 확보

38. Pipe란 무엇이고, 언제 사용될까?

• Pipe는 process 간 통신 (IPC, Inter-Process Communication) 을 위한 기술
• 한 process의 출력 결과를 다른 process의 입력으로 전달할 수 있음
  • process 간 data를 한 방향으로 흐르게 하는 통로 역할

39. Semaphore의 장점

• machine-independent (특정 Hardware 나 system 에 의존하지 않고 작동 가능)
• 쉬운 구현
• 정확성을 판단하기 쉬움
  • wait() signal() 두 연산만 사용
  • 원자적 (atomic)으로 수행되기 때문에 경쟁 조건 (race condition)이 발생할 가능성이 적음
  • 공유 자원에 접근하는 진입 시점/해제 시점이 명확하게 드러남
• 여러 개의 semaphore을 사용하여 여러 critical section 을 가질 수 있음
• 여러 자원을 동시에 획득할 수 있음
• busy waiting 으로 인한 자원 낭비가 없음
  • busy waiting: CPU가 어떤 조건이 만족될 때까지 다른 일을 하지 못하고 계속 loop를 돌며 기다림

40. OS에서 bootstrap program은 무엇일까?

• Bootstrapping은 컴퓨터가 처음 켜질 때 일련의 명령어를 load하는 과정
  • 전원 자가 테스트 (POST, power-on-self-text) 같은 진단 테스트 수행
  • 장치 설정을 확인하거나 구성. 주변 기기나 하드웨어, 외부 메모리 장치와의 연결 상태 점검
  • 이후 bootstrap program이 로드되어 OS를 초기화

41. IPC란?

• Inter-process communication
• process간 통신 및 동기화를 가능하게 해주는 메커니즘
• process 간 협업을 위한 통신

42. IPC 메커니즘의 종류

• Pipes
  • (동일 process 내)
    • 공통의 부모 process를 가진 경우 사용
  • data 가 한 방향으로만 흐름 (단방향 통신)
  • 키보드처럼 단순한 입력 시스템과 유사
  • 출력된 data는 입력 process가 받을 때까지 buffering 됨
• Named Pipes
  • 다른 process 간
  • 고유한 이름이 있는 pipe
  • 공통된 부모를 가지지 않는 process 간에도 사용 가능
• Messaging Queue
  • process 간 Message를 단일/복수 Queue를 통해 교환 가능
  • Kernel 이 관리
  • Message는 API를 통해 조율됨
• Semaphore
  • Synchronization 및 Race Condition 방지에 사용 (자원의 접근 제어를 위해)
  • 0 이상의 정수 값을 가짐
• Shared Memory
  • 정의된 memory 영역을 통해 process간 data를 직접 주고받는 방식
  • 접근 전에는 Semaphore을 통해 접근 권한을 확보해야 함
• Sockets
  • 주로 network 상의 client - server 간 통신에 사용
  • OS 와 컴퓨터에 독립적인 표준 통신 방식

43. Preemptive 와 Non-Preemptive scheduling 의 차이

구분	Preemptive Scheduling	Non-Preemptive Scheduling
CPU 할당 방식	일정시간의 CPU 가 process에게 할당됨. 이후에는 다른 process로 교체될 수 있음	process가 종료되거나 대기 상태로 전환될 때까지 CPU 계속 사용
Interrupt 발생 여부	더 높은 우선순위의 process가 등장하면, 실행중이던 process 중단	실행 중인 process가 끝날 때까지 interrupt 되지 않음
Switch Overhead	ready ↔️ running 상태 전환이 빈번. switching overhead ⬆️	running ➡️ ready 전환이 없어 overheade가 없음
Starvation 가능성	우선순위가 낮은 process가 계속 밀려나 대기 상태가 길어질 수 있음	긴 작업(Burst Time)이 먼저 할당되면, 짧은 작업이 대기하며 기아 상태가 발생할 수 있음
Flexibility	중요한 작업이 도착하면 즉시 CPU 확보 가능 (유연성 ⬆️)	현재 작업이 끝나야만 다음 작업이 실행됨
공유 데이터의 무결성 관리	process가 중간에 바뀌므로 무결성을 유지하기 위한 비용 발생	해당 문제가 상대적으로 적음

44. Zombie Process 란?

• 실행을 모두 마쳤음에도 불구하고 parent process가 아직 종료 상태를 수거하지 않아, process table에 남아있는 process
• child process는 종료된 직후에 반드시 Zombie로 전환됨
• parent process 가 해당 exit status를 읽어야만 완전히 제거됨
  • 이 과정을 reaping 이라고 함

45. Orphan process란?

• parent process가 먼저 종료되어 더 이상 존재하지 않는 상태에서 child process가 계속 실행 중인 경우, child process는 orphan process가 됨

46. OS에서 Starvation 과 Aging이란?

• Starvation
  • 낮은 우선순위를 가진 process가 오랜 시간 동안 resource를 할당받지 못하는 상태
  • resource가 계속 다른 process에 할당되기 때문에 해당 process는 무한히 대기하게 됨
• Aging
  • Starvation을 방지하기 위한 기법
  • 대기 시간이 길어질수록 우선순위를 점진적으로 높이는 방식
    • 우선순위가 낮은 process도 결국엔 CPU 자원을 할당받을 수 있도록

47. Monolothic Kernel이란?

• Kernel의 한 종류로, User Services 와 Kernel Services를 동일한 Address Space 내에 구현
  • 🔴 Kernel의 크기, 전체 OS의 크기가 커짐
  • 🟢 모든 Service를 동일한 공간에서 처리하므로 실행 속도는 더 빠름
• CPU Scheduling, Memory, File 관리 등 주요 기능을 System Call을 통해 제공

48. Context Switching이란?

• CPU가 하나의 process 실행을 멈추고 다른 process로 전환하는 과정
  • 기존 process의 상태를 저장 (Register, Program Counter 등)
    • Process Control Block에 상태가 저장되어, 나중에 다시 실행 시 중단된 지점부터 재개 가능
  • 새 process의 상태를 불러와 실행