[OS] 운영체제 커리큘럼

운영체제(OS) 강의에서 다루는 커리큘럼은 대체로 컴퓨터 구조, 병렬성, 메모리 관리, 자원 관리를 단계적으로 배우게 구성됩니다.

여기서는 일반적인 CS 학부 과정을 기준으로 커리큘럼을 설명할게요:

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1️⃣ 운영체제 개요

핵심 개념:

• 운영체제의 정의와 역할
• 사용자 ↔ 하드웨어 사이의 인터페이스
• OS 구조 (커널, 쉘, 사용자 모드/커널 모드)

배경:

• Batch → Time Sharing → Multiprocessing → Modern OS 발전사

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2️⃣ 프로세스 관리

• 프로세스와 쓰레드 개념
• 프로세스 상태 (Ready, Running, Blocked)
• 프로세스 제어 블록 (PCB)
• 컨텍스트 스위칭
• 쓰레드의 등장과 멀티스레딩

심화:

• 멀티프로세싱과 멀티스레딩 비교
• Thread Pool 패턴

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3️⃣ CPU 스케줄링

스케줄링 알고리즘:

• FCFS (First-Come, First-Served)
• SJF (Shortest Job First)
• Priority Scheduling
• Round Robin
• Multilevel Queue

평가 지표:

• 응답 시간, 대기 시간, 처리량, CPU 이용률

심화:

• 다중 프로세서 스케줄링
• 실시간 스케줄링 (RTOS)

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4️⃣ 동기화 문제

• 임계구역 문제(Critical Section Problem)
• 경쟁 상태(Race Condition)
• 동기화 도구:
  • Mutex, Semaphore, Monitor, SpinLock
• 고전적 문제:
  • 생산자-소비자 문제
  • 철학자들의 식사 문제
  • 독자-작가 문제

심화:

• 데커, 피터슨 알고리즘
• Test-and-Set, Compare-and-Swap

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5️⃣ 교착 상태(Deadlock)

• 필요 조건 (Mutual Exclusion 등)
• 자원 할당 그래프
• Deadlock 예방, 회피 (Banker's Algorithm), 탐지, 회복

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6️⃣ 메모리 관리

• 주소 공간 (논리, 물리 주소)
• MMU (Memory Management Unit)
• 연속 할당:
  • First Fit, Best Fit, Worst Fit
• 분산 및 외부 단편화

가상 메모리:

• 페이징, 세그먼트
• 페이지 교체 알고리즘:
  • FIFO, LRU, Optimal
• TLB (Translation Lookaside Buffer)

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7️⃣ 스토리지 관리

• 디스크 구조 (플래터, 실린더, 섹터)
• 디스크 스케줄링:
  • FCFS, SSTF, SCAN, C-SCAN
• 파일 시스템:
  • 디렉토리 구조
  • 파일 할당 방식 (연속, 연결, 인덱스)
  • FAT, i-node

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8️⃣ 입출력 시스템

• I/O 장치 개요
• 동기 vs 비동기 I/O
• 인터럽트, DMA (Direct Memory Access)
• 버퍼링, 캐싱

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9️⃣ 보안 & 보호

• 보안과 보호 차이
• 접근 제어 매트릭스
• 유저 인증 및 권한 관리
• 멀웨어 방지 개념

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🔍 심화/특수 주제 (선택적으로 다룸)

• 멀티코어/멀티CPU 환경
• 분산 시스템 (RPC, 분산 파일 시스템)
• 클라우드 운영체제 개념
• 모바일 OS (안드로이드/iOS 구조)
• 최신: 컨테이너화(Linux cgroup, namespace)

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📚 보통 참고하는 교재

• Operating System Concepts (Silberschatz) — 소위 공룡책
• Modern Operating Systems (Tanenbaum)
• Operating Systems: Three Easy Pieces (OSTEP) — 무료 PDF로도 유명