[운영체제] 운영체제의 역사

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운영체제의 역사

 

1940년대

최초의 컴퓨터 에니악(ENIAC)이 만들어졌다. 진공관을 전선으로 연결한 것이 오늘날의 프로그램을 대신하였는데, 이렇게 전선을 연결하여 논리회로를 구성하는 것을 하드와이어링 방식이라고 한다. 이 당시에는 운영체제라는 것이 존재하지 않았다.

 

1950년대

이 당시 컴퓨터에는 미약하지만 CPU와 메인 메모리가 있었다. 하지만, 오늘날의 키보드나 모니터 같은 입출력장치는 없었다. 대신 천공카드 리더기를 입력장치로, 라인 프린터를 출력장치로 사용했다. 천공카드 시스템은 카드에 구멍을 뚫어 프로그램을 입력한 후 그 실행한 결과를 라인 프린터를 통해 출력하는 구조다.

 

천공카드 시스템으로 넘어가게 된 가장 큰 이유는 하드와이어링 시스템에서는 하나의 프로그램이 끝나고 다른 프로그램을 돌리려면 일일이 다시 전선들을 연결해야 했지만, 천공카드 시스템은 프로그램만 바꾸면 다른 작업이 가능했다는 점 때문이다.

천공카드 시스템은 천공카드 리더기로 하나의 작업을 읽어 들여 실행하고 결과를 출력한 후 다음 작업을 읽어 들여 실행한다. 따라서 작업할 프로그램들과 그에 해당하는 데이터들을 한 번에 입력해야 했다. 따라서 프로그램 실행 중간에 사용자가 데이터를 입력하거나 수정하는 것이 불가능했다. 이러한 시스템을 일괄 처리 시스템(Batch Processing System)이라고 한다. 이러한 일괄 처리 시스템을 기반으로 운영체제가 출현했다.

현재의 운영체제에도 일괄 처리 시스템의 흔적이 남아있는데, 유닉스 기반 운영체제의 Shell Script라고 불리는 일괄 작업 파일을 예로 들 수 있다.

 

1960년대

1960년대 초반

키보드와 모니터라는 입출력 장치가 등장했다. 이러한 장치들의 등장으로 중간에 사용자가 입력을 하거나 사용자에게 중간 결과 값을 보여줄 수 있게 되었다. 또한, 프로그램이 진행되는 도중에 사용자에게서 입력을 받을 수 입력 값에 따라 작업의 흐름을 바꾸는 것도 가능해졌다. 이처럼 컴퓨터와 사용자의 대화를 통해 작업이 이루어지는 시스템을 대화형 시스템이라고 한다.

 

1960년대 후반

값비싼 컴퓨터를 허가받은 몇몇 사용자만 사용할 수 있고 한 번에 한 가지 작업만 수행할 수 있어 낭비 요소가 크다는 인식을 바탕으로 컴퓨터를 효율적으로 사용하기 위한 연구가 진행되었다. 이러한 연구의 결과로 멀티 프로그래밍 기술이 개발되었다.

 

멀티프로그래밍은 아래와 같은 일괄 처리 시스템의 단점을 개선했다.

1. 응용 프로그램에 대한 컴퓨터의 응답 시간이 오래 걸릴 수 있다.
=> 응용 프로그램 1, 2에 대한 작업 처리를 컴퓨터에 요청했다고 생각해 보자. 일괄 처리 시스템의 특성상 응용 프로그램 1, 2에 대한 작업 요청을 한 번에 해야 한다. 만약, 응용 프로그램 1의 실행 시간이 길다면 해당 실행 시간만큼 응용 프로그램 2의 작업 요청에 대한 응답 시간은 지연된다.

2. CPU가 필요 없는 작업을 진행 중 일때에도 응용 프로그램이 CPU를 점유하기 때문에 그동안 CPU는 아무 일도 할 수 없다.

 

멀티프로그래밍은 어떻게 일괄 처리 시스템의 단점을 개선했을까? 아래 그림을 보면 이해가 쉽게 될 것이다.

 

 

멀티 프로그래밍 시스템에서는 CPU 사용 시간을 아주 잘게 쪼개어 여러 작업을 조금씩 처리하여 여러 작업들이 동시에 이루어지는 것처럼 보이게 하는 시분할 시스템을 사용해서 일괄 처리 시스템의 단점을 개선하였다. 이때 잘게 나뉜 시간 한 조각을 타임 슬라이스 또는 타임 퀀텀이라고 한다. 시분할 시스템에서 동시에 실행되는 작업의 개수를 멀티프로그래밍 수준(Level of Multiprogramming)이라고 한다. 일괄 처리 시스템은 멀티프로그래밍 수준이 1이라고 생각할 수 있다. 위 그림에서는 동시에 실행되는 작업이 3개이므로 멀티프로그래밍 수준이 3이다. 시분할 시스템에서 여러 작업을 동시에 실행할 수 있다는 것은 한 사람이 여러 프로그램을 동시에 실행하거나 여러 사람이 동시에 작업할 수 있다는 의미이다. 이처럼 하나의 컴퓨터에서 여러 명이 작업할 수 있는 시스템을 다중 사용자 시스템이라고 한다.

 

하지만 시분할 시스템 또한 단점이 존재한다. 메모리에 하나의 프로그램만 수용하면 되었던 일괄 처리 시스템과 달리 메모리에 여러 프로그램을 수용해야 하므로 메모리 관리가 복잡해지며, 실행 대기 중인 프로그램간의 처리 순서를 스케줄링 해야 한다는 것이다. 또한, 시스템 내에 많은 양의 작업이 공존할 경우, 중요한 작업이 일정 시간 안에 끝나는 것을 보장하지 못한다.

 

따라서, 작업이 일정 시간안에 끝나지 않으면 심각한 문제가 발생하는 중요한 작업의 경우 시분할 시스템을 사용하지 않고, 특정 시스템에서 일정 시간 안에 작업이 처리되도록 보장하는 시스템이 생겼고, 이를 실시간 시스템이라고 한다.

 

 

1970년대

1970년대 후반에는 스티브 잡스가 최초의 개인용 컴퓨터인 "애플 II"를 발표했고 인터넷이 등장했다. 그 전에는 복잡한 계산이나 많은 양의 데이터를 처리하기 위해 메인프레임이라는 고가의 대형 컴퓨터를 사용했다. 그러나 개인용 컴퓨터와 인터넷이 보급되면서 값이 싸고 크기가 작은 컴퓨터를 하나로 묶어 대형 컴퓨터에 버금가는 시스템을 만들게 되었는데 이를 분산 시스템이라고 부른다. 분산 시스템은 네트워크상에 분산된 여러 컴퓨터로 작업을 처리하고 그 결과를 상호 교환하도록 구성한 시스템이다.

 

또한, AT&T 사의 벨 연구소에서 C언어를 기반으로한 제대로된 운영체제가 나왔다. 바로 UNIX이다. UNIX는 현대 운영체제의 기본 기술을 모두 포함한 최초의 운영체제이다.

 

1990년대

분산 시스템에서는 시스템에 참가하는 모든 컴퓨터의 지위가 동일하기 때문에 컴퓨터가 고장나거나 추가되면 작업을 분배하고 결과를 모으기가 쉽지 않다. 클라이언트/서버 시스템은 이러한 문제를 해결하는 기술로, 모든 컴퓨터의 지위가 동일한 분산 시스템과 달리 작업을 요청하는 클라이언트와 거기에 응답하여 요청받은 작업을 처리하는 서버의 이중 구조로 나뉜다.

 

클라이언트/서버 구조의 가장 큰 문제점은 서버 과부하다. 모든 요청이 서버로 집중되기 때문에 수십만 클라이언트의 요청을 처리하기 위해서는 많은 서버와 큰 용량의 네트워크가 필요하다.

 

서버는 멈추지 않고 계속 작동하여 클라이언트의 요청을 처리해야 하는데, 이렇게 멈추지 않고 작동하는 프로그램을 데몬(Daemon)이라고 한다. 운영체제도 데몬 중 하나이며, 웹 데몬이 설치된 컴퓨터는 웹 서버, 이메일 데몬이 설치된 컴퓨터는 이메일 서버라고 부른다. 따라서, 서버는 데몬이 설치된 컴퓨터로 정의한다.

 

2000년대

• P2P 시스템
• 클라우드 컴퓨팅
• 사물 인터넷

P2P 시스템은 클라이언트/서버 구조의 단점인 서버 과부하를 줄이기 위해 만들어진 것이다. 서버는 중재만하고, 파일을 얻고자 하는 말단 사용자가 파일 가진 말단 사용자로부터 직접 다운로드하는 시스템이다. 모바일 메신저(ex. 카카오톡)나 블록체인이 P2P 시스템의 대표적인 예이다.

 

클라우드 컴퓨팅은 하드웨어와 소프트웨어를 클라우드라고 불리는 중앙 시스템에 숨기고 사용자는 필요한 서비스만 그때그때 이용하는 방식의 컴퓨팅 환경이다.

 

사물 인터넷은 IoT라고 불리며, 다양한 사물이 센서와 통신 기능을 내장하여 스스로 통신하며 지능적인 서비스를 제공하는 기술이라 정의된다.