11장 응용SW기초기술활용

1. 운영체제의 개념 : 사용자가 컴퓨터를 편리, 효과적 사용하도록 환경 제공

     1) 운영체제 종류

         - Windows, UNIX, LINUX, MacOS, MS-DOS 등

     2) 운영체제의 목적

         - 처리능력

         - 반환시간

         - 사용 가능도

         - 신뢰도

2. 운영체제의 종류 및 특징

     1) Windows

         - GUI

         - 선점형 멀티태스킹 : 동시에 여러 프로그램 실행

         - PnP(Plug and Play) : 프린터, 사운드 카드 등 하드웨어 설치 시 자동 환경 구성

         - OLE(Object Linking and Embedding) : 개체(Object)를 문서에 자유롭게 연결(Linking)

                                                             , 삽입(Embedding)해 편집

         - Single-User 시스템 : 컴퓨터 한 대 - 사람 한 명 독점

     2) UNIX

         - AT&T 벨 연구소, MIT, Generral Electric 공동개발

         - 대화식 운영체제

         - 소스 공개, 개방형 시스템

         - C언어로 작성, 이식성 높음, 프로세스 호환 높음

         - 다중 사용자, 다중 작업 지원

         - 트리 구조의 파일 시스템

        # UNIX 시스템 구성

         - 커널(Kernel) : UNIX의 핵심, 프로세스 관리, 기억장치 관리, 파일 관리 등 여러 기능 수행

         - 쉘(Shell) : 명령어 해석기, 인터페이스 담당 (Bourne Shell, C Shell, Korn Shell, ...)

         - 유틸리티 프로그램 : DOS에서 외부 명령어 해당 (에디터, 컴파일러, 인터프리터, 디버거, ...)

     3) LINUX

         - UNIX와 비슷, UNIX와 완벽 호환

     4) MacOS

         - 애플에서 UNIX 기반 개발

         - install, uninstall 과정 간단

     5) Android

         - 구글에서 개발, 리눅스 커널 기반 개방형 모바일 운영체제

         - 자바와 코틀린으로 애플리케이션 작성

     6) iOS

         - 애플에서 UNIX 기반 모바일 운영체제

3. 기억장치 관리

     1) 기억장치 관리 전략

         - 반입 : 보조기억장치의 프로그램, 데이터를 언제 주기억장치로 적재할 것 인지 결정 전략

            # 요구 반입 : 특정 프로그램, 데이터 참조를 요구할 때

            # 예상 반입 : 참조될 프로그램, 데이터를 미리 예상하여 적재

         - 배치 : 새로 반입되는 프로그램, 데이터를 주기억장치 어디에 위치시킬 것 인지 결정 전략

                                              ** 예제 확인이 제일 이해 잘 됨 ** 

                          예) 각 방법에 대해 10K의 프로그램이 할당받게 되는 영역 번호는?

                            최초(First) : 빈 영역 중 10K 들어갈 수 있는 2번

                            최적(Best) : 빈 영역 중 10K 들어가고 가장 작게 남기는 4번

                            최악(Worst) : 빈 영역 중 10K 들어가고 가장 많이 남기는 5번

         - 교체 : 이미 사용 중 영역, 어느 영역 교체할지 결정 전략

            # FIFO

            # OPT

            # LRU

            # NUR

            # SCR

3. 주기억장치 할당 기법

     1) 주기억장치 할당

         - 연속 할당 기법 : 단일/다중 분할 할당 기법

         - 분산 할당 기법 : 페이징 기법, 세그먼테이션 기법

     2) 단일 분할 할당 기법 : 한 순간에는 오직 한 명의 사용자만이 주기억장치 사용

         - 오버레이 기법 : 주기억장치보다 큰 프로그램 실행

         - 스와핑 기법 : 필요에 따라 다른 프로그램과 교체

     3) 다중 분할 할당 기법

         - 정적/동적 할당 기법

4. 가상기억장치 구현 기법

     1) 페이징 기법

         - 프로그램과 주기억장치 영역을 동일한 크기로 나눈 후 주기억장치에 적재

         - 프로그램을 일정한 크기로 나눈 단위 : 페이지(Page)

         - 일정하게 나뉜 주기억장치의 단위 : 페이지 프레임(Page Frame)

         - 주소 변환을 위해 페이지 맵 테이블 필요 

           * 페이지 맵 테이블(Page Map Table) : 페이지의 위치 정보를 가지고 있는 페이지

         - 페이지 맵 테이블 사용 -> 비용 증가, 처리속도 감소

     2) 세그먼테이션(Segmentation) 기법

         - 프로그램을 논리적인 단위로 나눈 후 주기억장치에 적재

         - 논리적 크기로 나눈 단위 : 세그먼트(Segment)

         - 세그먼트는 고유한 이름과 크기를 가짐

         - 세그먼테이션 이용하는 궁극적 이유 : 기억공간의 절약

         - 주소 변환을 위해 세그먼트 맵 테이블(Segment Map Table) 필요

5. 페이지 교체 알고리즘

     1) OPT(OPTimal replacement, 최적 교체)

         - 앞으로 가장 오랫동안 사용하지 않을 페이지 교체

         - 페이지 부재 횟수가 가장 적음, 효율적 알고리즘

     2) FIFO(First In First Out)

         - 가장 먼저 들어와 가장 오래 있던 페이지를 교체

         - 이해 쉬움, 프로그래밍 간단

     3) LRU(Least Recently Used)

         - 최근 가장 오랫동안 사용하지 않은 페이지 교체

         - 각 페이지마다 계수기, 스택 둠

     4) LFU(Leasst Frequently Used)

         - 사용 빈도가 가장 적은 페이지 교체

     5) NUR(Not Used Recently)

         - 최근 사용하지 않은 페이지 교체

         - 사용 여부 확인을 위해 각 페이지 마다 피트, 변형 비트 사용

     6) SCR(Second Chance Replacement, 2차 기회 교체)

         - 가장 오랫동안 주기억장치에 있던 페이지 중 자주 사용되는 페이지 교체 방지

         - FIFO 기법 단점 보완

6. 가상기억장치 기타 관리사항

     1) Locality

         - 프로세스 실행되는 동안 주기억장치를 참조할 때 일부 페이지만 집중적 참조

         - 스래싱 방지 위해 워킹 셋 이론의 기반

         # Locality 종류

            - 시간 구역성 : 프로세스 실행 시 하나의 페이지를 일정 시간 동안 집중 엑세스

            - 공간 구역성 : 프로세스 실행 시 일정 위치의 페이지 집중 엑세스

     2) 워킹 셋

         - 프로세스 일정 시간 동안 자주 참조하는 페이지들의 집합

         - 페이지 부재 및 페이지 교체 현상이 줄어듬, 프로세스의 주기억장치 사용 안정

     3) 스래싱

         - 프로세스의 처리 시간보다 페이지 교체에 소요되는 시간이 더 많은 현상

         - 페이지 부재 자주 발생, 전체 시스템 성능 저하

7. 프로세스의 개요

     1) 프로세스 : 실행중인 프로그램

     2) PCB(Process Control Block, 프로세스 제어 블록)

         - 운영체제가 프로세스에 대한 정보 저장하는 곳, 프로세스 완료되면 삭제

     3) 프로세스 상태 전이

         - 상태 전이도

           * Dispatch : 프로세스 중 하나가 프로세서를 할당받아 실행 상태로 전이되는 과정

           * Wake Up : 입/출력 완료, 프로세스 준비 상태로 전이 과정

           * Spooling : 나중에 한꺼번에 입/출력하기 위해 디스크에 저장 과정

           * 교통량 제어기 : 프로세스 상태 조사와 통보

     4) 스레드(Thread) : 시스템의 여러 자원 할당받아 실행하는 프로그램 단위 

         - 프로세스의 일부 특성을 갖고 있어 경량(Light Weigth) 프로세스라고 불림

8. 스케줄링 : 시스템의 여러 자원 해당 프로세스에게  할당

     1) 비선점 스케줄링 : 할당된 CPU를 다른 프로세스가 강제로 빼앗아 사용 못 하는 스케줄링

         - FCFS, SJF, HRN, 기한부, 우선순위 등

     2) 선점 스케줄링 : 우선순위가 높은 프로세스가 CPU를 강제로 빼앗아 사용할 수 있는 스케줄링

         - Round Robin, STR, 다단계 큐, 선점 우선순위 등

9. 주요 스케줄링 알고리즘

     1) FCFS(First Come First Service, 선입선출) : 준비상태 큐에 도착한 순서에 따라 CPU 할당

     2) SJF(Shortest Job First, 단기 작업 우선) : 실행 시간 가장 짧은 프로세스 CPU먼저 할당

     3) HRN(Hightest Response-ratio Next) : 대기 시간과 서비스 시간을 이용

         - 우선순위 계산식

           (대기시간 + 서비스 시간) / 서비스 시간

10. 환경변수 : 시스템 소프트웨어의 동작에 영향을 미치는 동적 값들의 모임

11. 운영체제 기본 명령어

     1) Windows 기본 명령어

         - DIR, COPY, DEL, TYPE, 등등

     2) UNIX/LINUX 기본 명령어

         - chown : 파일 소유자, 그룹 변경

         - cp : 파일 복사

         - rm : 파일 사제

         - fsck : 파일 시스템 검사, 보수

         - kill : PID(프로세스 고유번호) 사용 프로세스 종료

         - fork : 새로운 프로세스 생성

     3) HRN(Hightest Response-ratio Next) : 대기 시간과 서비스 시간을 이용

         - 우선순위 계산식

           (대기시간 + 서비스 시간) / 서비스 시간

12. 인터넷

     1) 서브네팅(Subnetting) : 네트워크 주소를 여러 개의 작은 네트워크로 나눠 사용

         - 서브넷 마스크 : 4바이트 IP 주소 중 네트워크, 호스트 주소를 구분하기 위한 비트

     2) IPv6(Internet Protocol version6) : IPv4의 주소 부족 문제 해결하기 위해 개발

         - 128비트의 주소 사용, 16비트 8부분

         - 각 부분 16진수, 콜론(:)으로 구분

           # 유니캐스트 : 단일 송신자 - 단일 수신자 통신 

           # 멀티캐스트 : 단일 송신자 - 다중 수신자 통신

           # 애니캐스트 : 단일 송신자 - 단일 수신자(가장 가까이 있는)

         - 자료 전송 속도 빠름

         - 인증성, 기밀성, 데이터무결성 지원, 보안 문제 해결

         - 실시간 흐름 제어, 향상된 멀티미디어 

         - 패킷 크기 제한 없음

         - 네트워크 기능 확장

     3) 도메인 네임(Domain Name) : 숫자로 된 IP주소 > 문자 형태로 표현

         - DNS(Domain Name System) : 문자 > 컴퓨터가 이해하는 IP주소로 변환하는 시스템

13. OSI 참조 모델

     1) OSI(Open System Interconnection)

         - 다른 시스템 간의 원활한 통신, ISO에서 제안한 통신 규약

         - 하위계층 : 물리 > 데이터 링크 > 네트워크

         - 상위계층 : 전송 > 세션 > 표현 > 응용

     2) 물리 계층 : 두 장치 간 실제 접속, 절단 등 전기적 기능적 절차적 특성에 대한 규칙

         - 관련 장비 : 리피터, 허브

            * 허브 : 가까운 거리 컴퓨터 연결, 회선을 통합 관리

            * 리피터 : 수신한 신호를 재생, 출력 전압 높여 전송하는 장치

     3) 데이터 링크 계층 : 신뢰성, 효율적 정보 전송, 시스템 간 연결 설정과 유지 및 종료 담당

         - 관련 장비 : 랜카드, 브리지, 스위치

            * 브리지 : 네트워크 분산적으로 구성, 보안성 높음, n은 브리지 개수라고 할 때 계산식 n(n-1)/2 

            * 스위치 : LAN, LAN 연결하여 큰 LAN 만드는 장치

     4) 네트워크 계층 : 네트워크 연결 관리 기능, 데이터의 교환 및 중계 기능

         - 관련 장비 : 라우터

            * 라우터 : 데이터 전송의 최적 경로 선택

     5) 전송 계층 : 논리적 안정과 균일 데이터 전송 서비스

         - 관련 장비 : 게이트웨이

            * 게이트웨이 : 프로토콜 구조가 다른 네트워크를 연결하는 장치

     6) 세션 계층 : 송/수신 간의 관련성 유지, 대화 제어 담당

     7) 표현 계층 : 통신에 적당한 형태로 변환

         - 코드 변환, 데이터 암호화, 정보 형식 변환 등 문맥 관리 기능

     8) 응용 계층 : 사용자가 OSI 환경에 접근 서비스 제공

         - 정보 교환, 전자 사서함, 파일 전송 등 서비스 제공

14. TCP/IP(Transmission Control Protocl/Internet Protocol)

     1) 프로토콜

         - 기본 요소

           # 구문

           # 의미

           # 시간

     2) TCP/IP : 다른 컴퓨터들이 데이터 주고받을 수 있게 하는 표준 프로토콜

         - TCP : 전송 계층 해당, 신뢰성 연결형, 패킷 다중화

         - IP : 네트워크 계층 해당, 비연결형, 패킷 분해/조립

     3) TCP/IP 구조 

OSI	TCP/IP	기능
응용 계층 표현계층 세션계층	응용 계층	응용 프로그램 간 데이터 송/수신 TELNET, FTP, SMTP, SNMP, DNS, HTTP 등
전송 계층	전송 계층	호스트 간 신뢰적 통신 제공 TCP, UDP, RTCP
네트워크 계층	인터넷 계층	주소 지정, 경로 설정 제공 IP, ICMP, IGMP, ARP, RARP
데이터 링크 계층 물리계층	네트워크 액세스 계층	실제 데이터 송/수신 역할 Ethernet, IEEE 802, HDLC 등

           * TELNET : 멀리 있는 컴퓨터를 자신의 컴퓨터처럼 사용, 가상 터미널 기능 수행

           * FTP(File Transfer Protocol) : 파일을 주고받는 원격 파일 전송 프로토콜

           * SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) : 전자 우편 교환 서비스

           * SNMP(Simple Network Management Protocol) : 라우터, 허브 등 네트워크 관리 시스템에 사용

           * DNS(Domain Name System) : 도메인 네임을 IP 주소로 매핑

           * HTTP(Hyper Text Transfer Protocol) : WWW에서 HTML 송/수신 위한 프로토콜

 

           * UDP : 비연결형 서비스, TCP에 비해 단순한 헤더, 전송속도 빠름, 실시가 전송에 유리

           * RTCP : 세션에 참여한 참여자들에게 주기적 제어 정보 전송

 

           * ICMP(Internet Control Message Protocol) : IP와 조합, 통신 중 발생하는 오류의 처리와 전송

                                                                     경로 변경 등 제어 메시지 관리

           * IGMP : 호스트, 라우터 사이 멀티 캐스트 그룹 유지

           * ARP : 호스트 IP주소 > 호스트의 접속장치 물리적 주소로 변경(MAC adress)

           * RARP : 물리적 주소 > IP주소

 

           * Ethernet : CSMA/CD 방식의 LAN

           * IEEE 802 : LAN을 위한 프로토콜

           * HDLC : DTE, DCE 간 인터페이스 프로토콜

 

     4) 네트워크 관련 신기술

         - IOT(Internet Of Things) : 사물 인터넷 ( 기가지니, siri 등)

         - M2M(Machine To Machine) : 무선 통신, 기계 - 기계 통

         - 클라우트 컴퓨팅 : 컴퓨터 중앙, 인터넷 기능 단말기로 어디서나 인터넷 통해 작업

         - 그리드 컴퓨팅 : 지리적 분산된 컴퓨터를 고성능 컴퓨터처럼 활용

         - MCC(Mobile Cloud Compution) : 모바일 기기로 인프라 구성, 정보와 자원 공유 ICT 기술

         - 인터클라우드 컴퓨팅 : 여러 클라우드 제공자자들이 클라우드 자원 연결하는 기술

         - 메시 네트워크(Mesh Network) : 차세대 이동통신, 홈 네트워킹 등 특수 목적 네트워크 기술

                                                     , 대규모 디바이스 네트워크 생성에 최적

         - 와이선(Wi-SUN) : 장거리 무선 통신을 위한 저전력 장거리 통신 기술

         - NDN(Named Data Networking) : 콘텐츠 자체 정보, 라우터 기능만으로 데이터 전송 기술

         - NGN(Next Gerneration Network) : 차세대 통신망, 완전한 이동성 제공을 목표

         - SDN(Software Defined Networking) : 사용자가 소프트웨어로 네트워킹 가상화, 제어 관리

         - NFC(Near Field Communication) : 고주파 이용, 가까운 거리 양방향 통신

         - UWB(Ultra WideBand) : 초광대역, 짧은 거리 많은 양 디지털 데이터, 낮은 전력으로 전송

                                         , 무선 디지털 펄스, 땅속 벽면 뒤 전송 가능

         - 피코넷(PICONET) : 블루투스, UWB 기술 통해 통신망 형성하는 무선 네트워크 기술

         - WBAN(Wireless Body Area Network) : 몸에 심는 개인 영역 네트워크 기술

         - GIS(Geographic Information System) : 위성 이용 사물의 위치 정보 제공

         - USN(Ubiquitous Sensor Network) : 각종 센서 수집한 정보 무선으로 수집

         - SON(Self Organizing Network) : 주변 상황에 맞춰 스스로 망 구성 네트워크

         - 애드 혹 네트워크 : 유선망 구축 안 되는 장소 모바일 호스트만 이용해 구성한 네트워크

         - 네트워크 슬라이싱 : 독립된 가상의 네트워크로 분리, 고객 맞춤형 서비스 제공 목적

         - 파장 분할 다중화 : 광섬유 통신기술, 여러 대 단말기 동시 통신 회선 사용

         - 소프트웨어 정의 데이터 센터 : 소프트웨어 조작만으로 관리 / 제어 센터

         - 개방형 링크드 데이터 : 누구나 사용할 수 있는 웹상에 공개된 연계 데이터

15. 네트워크 구축

     1) 성형(Star, 중앙 집중형)

         - 중앙 컴퓨터, 단말기들과 연결, 중앙 집중식 네트워크

     2) 링형(Ring, 루프형)

         - 컴퓨터와 단말기 서로 포인트 투 포인트 구성

     3) 버스형(Bus)

         - 한 개의 통신 회선에 여러 대의 단말기 연결

     4) 계층형(Tree, 분산형)

         - 중앙 컴퓨터와 일정 지역 하나의 통신 회선, 이웃 단말기는 일정 지역 내 중간 단말기 연결

     5) 망형(Mesh)

         - 모든 지점의 컴퓨터와 단말기 연결

         - 노드 수로 포트 개수 구하기 : n(n-1)/2

           예) n = 2(노드의 수 : 2) , 2(2-1)/2 = 1 , 필요한 포트는 1개

     6) 네트워크의 분류

         - 근거리 통신망 : 거리 짧아 속도 빠름, 에러 낮음, 버스형/링형 사용

         - 광대역 통신망 : 거리 멀어 느림, 에러 높음, 일정 지역 근거리 사용 후 각 근거리 연결 방식

     7) LAN의 표준안

표준 규격	내 용
802.1	전체의 구성, OSI 7계층과의 관게, 통신망 관리 등에 관한 규약
802.2	논리 링크 제어( LLC ) 계층에 관한 규약
802.3	CSMA/CD 방식의 매체 접근 제어 계층에 관한 규약
802.4	토큰 버스 바익의 매체 접근 제어 계층에 관한 규약
802.5	토큰 링 방식의 매체 접근 제어 계층에 관한 규약
802.6	도시형 통신망( MAN )에 관한 규약, 이중 버스로 구성된 DQDB에 관한 규야
802.11	무선 LAN에 관한 규약
802.15	블루투스에 관한 규약

     8) NAT(Network Address Translation, 네트워크 주소 변환)

         : 한 개의 정식 IP에 대량의 가상 IP 주소 할당 / 연결

16. 경로 제어 / 트래픽 제어

     1) 경로 제어 프로토콜

         - IGP(Interior Gateway Protocol, 내부 게이트웨이 프로토콜)

           # RIP(Routing Information Protocol, 벡터 라우팅 프로토콜)

              : Bellman-Ford 알고리즘 사용, 최대 홉 수를 15로 제한

           # OSPF(Open Shortest Path First protocol)

              : RIP 단점 해결, 대규모 네트워크 사용, 다익스트라 알고리즘 사용

         - EGP(Exterior Gateway Protocol, 외부 게이트웨이 프로토콜)

           : AS 간 라우팅, 게이트웨이 간 라우팅에 사용

     2) 트래픽 제어

         - 흐름 제어

         - 폭주 제어

         - 교착상태 방지

     3) 흐름 제어 : 송/수식 측 사이 패킷읭 양/속도 규제 기능

         - 정지-대기 : 한 번에 하나의 패킷만 전송

         - 슬라이딩 윈도우

17. SW관련 신기술

     1) 인공지능

         - 인간의 두뇌와 같이 스스로 판단, 학습 등

     2) 뉴럴링크

         - 신경 레이스, 전극 뇌에 이식 생각 업/다운로드

     3) 딥 러닝

         - 인공 신경망

     4) 증강현실 

         - 실제 촬영한 화면에 가상의 정보 부가, 혼합 현실

     5) 블록체인

         - P2P 네트워크 이용, 금융 거래 정보 디지털 장비에 분산 저장

     6) 분산 원장 기술 

         - P2P 망 내의 참여자들에게 모든 거래 목록 분산 저장, 거래 발생 시 지속적으로 갱신

     7) 해시(Hash)

         - 임의의 입력 데이터, 메시지를 공정된 길이의 값이나 키로 변환

     8) 디지털 트윈

         - 현실속 사물 > 소프트웨어로 가상화

         - 설계~서비스 모든 과정 효율성 향상

18. HW관련 신기술

     1) RAID

         - 여러 개의 하드디스크로 디스크 배열 구성, 데이터 블록들 서로 다른 디스크에 분산 저장

         - 블록들 여러 디스크 동시에 읽어 디스크의 속도 향상     

     2) 앤 스크린(N-Screen)

         - 여러 개의 단말기 동일한 콘텐츠 자유롭게 이용

     3) 멤스(MEMS)

         - 초정밀 반도체 제조 기술 바탕, 초미세 장치

     4) 엠디스크(M-DISC)

         - 한 번의 기록만으로 영구 보관, 광 저장장치

     5) 멤리스터

         - 메모리와 레지스터  합성어, 전류의 방향, 양 등 기존의 경험을 모두 기억

19. DB관련 신기술

     1) 빅데이터

         - 막대한 양의 정형/비정형 데이터 집합

         - 블록들 여러 디스크 동시에 읽어 디스크의 속도 향상     

     2) 메타 데이터

         - 데이터 정의, 설명해 주는 데이터

     3) 디지털 아카이빙

         - 메타 데이터를 만들어 DB화 하는 작업

     4) 하둡

         - 거대 데이터 세트를 병렬로 처리하는 자바 소프트웨어 프레임워크

     5) 맵리듀스

         - 흩어져 있는 데이터를 연관성으로 분류, 중복 데이터 제거하고 원하는 데이터 추출

     6) 타조

         - 분산 데이터 웨어하우스 프로젝트

     7) 데이터 마이닝

         - 대량의 데이터 분석, 내재된 변수 사이의 상호 관계를 규명, 일정한 패턴을 찾음

     8) OLAP

         - 다차원 데이터 > 통계적 요약 정보를 분석 > 의사결정에 활용

20. 회복/병행제어

     1) 회복 : DB가 손상되었을 때 손상되기 이전의 상태로 복구

         - 연기 갱신 기법 : 트랜잭션 성공 시 까지 갱신 연기

         - 즉각 갱신 기법 : 트랜잭션이 완료되기 전이라도 즉시 DB에 반영

         - 그림자 페이지 대체 기법 : 메타 데이터를 만들어 DB화 하는 작업

     2) 병행제어 : 동시에 실행되는 트랜잭션 간의 상호작용 제어

         - 로킹

21. 교착상태

     1) 교착상태 : 서로 다른 프로세스가 무한정 기다리는 현상

     2) 교착상태 필요 충분 조건

         - 상호 배제 : 한 번에 한 개의 프로세스만 공유 자원 사용

         - 점유와 대기 : 하나가 자원 점유, 추가로 점유하기 위해서 대기

         - 비선점 : 다른 프로세스 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없음

         - 환형 대기 : 자신에게 할당된 자원을 점유하면서 앞/뒤 프로세스의 자원을 요구

     3) 교착상태 해결 방법

         - 예방 기법 : 자원 낭비 심함

         - 회피 기법 : 은행원 알고리즘이 사용됨

         - 발견 기법

         - 회복 기법