정보처리기사 공부 후 정리 자료입니다. 정확하지 않을 수 있으니 꼭 책을 참고해서 공부하세요

1. 서버 프로그램 구현

개발 환경 구축

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개발 환경 구축 개요

• 응용 소프트웨어 개발을 위해 개발 프로젝트를 이해하고 S/W 및 H/W 장비를 구축하는 것
• 응용 소프트웨어가 운영될 환경과 유사한 구조로 구축
• 개발 프로젝트의 분석 단계의 산출물을 바탕으로 개발에 필요한 S/W와 H/W를 선정
• S/W와 H/W의 성능, 편의성, 라이선스 등 비즈니스 환경에 적합한 제품들을 최종적으로 결정하여 구축

H/W 환경

• 사용자의 인터페이스를 역할을 하는 클라이언트와 클라이언트와 통신하여 서비스하는 서버로 구성

• 웹 서버

  • 클라이언트로부터 직접 요청을 받아 처리하는 서버
  • 저용량의 정적 파일(HTML, CSS 등)을 제공
  • ex) Apache HTTP Server, Microsoft Internet Information Service 등

• 웹 애플리케이션 서버(WAS)

  • 사용자에게 동적 서비스를 제공하기 위해 웹 서버로부터 요청을 받아 데이터 가공 작업을 수행
  • 웹 서버와 데이터베이스 서버 또는 웹 서버와 파일 서버 사이에서 인터페이스 역할 수행
  • ex) Apache Tomcat, IBM WebSphere 등

• 데이터베이스 서버

  • 데이터베이스와 이를 관리하는 DBMS를 운영하는 서버
  • ex) MySQL Server, Oracle Server 등

• 파일 서버

  • 데이터베이스에 저장하기에는 비효율적이거나 서비스 제공 목적으로 유지하는 파일들을 저장하는 서버
  • ex) AWS S3 등

S/W 환경

• 클라이언트 서버 운영을 위한 시스템 S/W와 개발에 사용되는 개발 S/W로 구성

• 시스템 S/W

  • O/S, 웹 서버, WAS 운용을 위한 서버 프로그램
  • DBMS

• 개발 S/W

  • 요구사항 관리 도구 : 요구사항 수집과 분석, 추적 등을 편리하게 도와주는 S/W
  • 설계 모델링 도구 : UML을 지원하며 개발의 전 과정에서 설계 및 모델링을 도와주는 S/W
  • 구현 도구 : 개발 언어를 통해 애플리케이션의 실제 구현을 지원하는 S/W
  • 빌드 도구 : 구현 도구를 통해 작성된 소스의 빌드 및 배포, 라이브러리 관리를 지원하는 S/W
  • 테스트 도구 : 모듈들이 요구사항에 적합하게 구현되었는지 테스트하는 S/W
  • 형상 관리 도구 : 버전 관리를 하여 품질 향상을 지원하는 S/W

서버 개발

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서버 개발의 개요

• 웹 애플리케이션의 로직을 구현할 서버 프로그램을 제작하여 WAS에 탑재하는 것
• 서버 프로그램을 개발할 수 있도록 지원하는 프레임워크가 있음

서버 개발 프레임워크

• 서버 프로그램 개발 시 다양한 설정을 손쉽게 할 수 있도록 클래스나 인터페이스를 제공하는 S/W
• 뷰-모델-컨트롤러(MVC) 패턴을 기반으로 개발됨

• Spring

  • Java 기반 프레임워크
  • 전자정부 표준 프레임워크의 기반 기술로 사용

• Node.js

  • Javascript 기반 프레임워크
  • 실시간으로 입출력이 빈번한 애플리케이션에 적합

• Django

  • Python 기반 프레임워크
  • 컴포넌트 재사용 및 플러그인화를 기반으로 신속한 개발을 지원

• Codeigniter

  • PHP 기반 프레임워크
  • 인터페이스가 간편하며 서버 자원을 적게 사용

• Ruby on Rails

  • Ruby 기반 프레임워크
  • 테스트를 위한 웹 서버 지원
  • 데이터베이스 작업을 단순화, 자동화시켜 신속한 개발 가능
• 프레임워크의 특성 : 모듈화, 재사용성, 확장성, 제어의 역흐름

서버 프로그램 구현

• 응용 S/W와 동일하게 모듈 및 공통 모듈 개발 후 통합하는 방식으로 구현
• 모듈 개발 시 다른 모듈과의 과도한 상호작용을 배제함으로써 특정 모듈의 수정이 다른 모듈에게 영향을 미치지 않아야 함
• 모듈의 독립성은 결합도와 응집도에 의해 측정
• 공통 모듈은 여러 프로그램에서 재사용할 수 있는 모듈

보안 및 API

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S/W 개발 보안의 개요

• 개발 과정에서 발생할 수 있는 보안 취약점을 최소화하여 보안 위협으로부터 안전한 S/W를 개발하기 위한 보안 활동
• 데이터의 기밀성, 무결성, 가용성을 유지해야 함
• S/W 개발 보안 가이드를 참고하여 점검해야 할 보안 항목을 점검해야 함

S/W 개발 보안 점검 항목

• 세션 통제

  • 서버와 클라이언트의 연결 간 발생하는 정보를 관리
  • 불충분한 세션 관리 또는 잘못된 세션에 의한 정보 노출

• 입력 데이터 검증 및 표현

  • 입력 데이터에 대한 유효성 검증 체계를 갖추고 실패 시 이를 처리할 수 있도록 코딩하는 것
  • SQL 삽입, 경로 조작 및 자원 삽입, 크로스 사이트 스크립팅

• 보안 기능

  • 인증, 접근제어, 기밀성, 암호화 등의 기능
  • 적절한 인증 없는 중요 기능 허용, 부적절한 인가

• 시간 및 상태

  • 병렬 처리 시스템이나 다수의 프로세스가 동작하는 환경에서 시간과 실행 상태를 관리하여 시스템이 원활히 동작되도록 하는 것
  • 검사 시점과 사용 시점 경쟁 조건, 무한 루프, 재귀 함수

• 에러 처리

  • S/W 실행 중 발생할 수 있는 오류들을 사전에 정의하여 에러로 인해 발생할 수 있는 문제들을 예방
  • 오류 메시지를 통한 정보 노출, 오류 상황 대응 부재

• 코드 오류

  • 형 변환, 자원의 반환 등을 고려하여 코딩하는 것
  • 널 포인터 역참조, 부적절한 자원 해제

• 캡슐화

  • 데이터와 데이터를 처리하는 함수를 하나의 객체로 묶어 코딩하는 것
  • 잘못된 세션에 의한 정보 노출, 제거되지 않고 남은 디버그 코드

• API 오용

  • API를 잘못사용하거나 보안의 취약한 API를 사용하지 않도록 고려하여 코딩하는 것
  • DNS lookup에 의존한 보안 결정

API(Application Programming Interface)

• 응용 프로그램 개발 시 운영체제나 프로그래밍 언어 등에 있는 라이브러리를 이용할 수 있도록 규칙 등을 정의해 놓은 인터페이스

배치 프로그램

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배치 프로그램의 개요

• 사용자와의 상호 작용 없이 여러 작업들을 미리 정해진 작업을 일괄적으로 처리하는 것
• 배치 프로그램의 필수 요소 : 대용량 데이터, 자동화, 견고성, 안정성, 신뢰성, 성능
• 정기 배치 : 정해진 기간에 정기적으로 수행
• 이벤트성 배치 : 설정한 특정 조건이 충족될 때 수행
• On-Demand 배치 : 사용자 요청 시 수행

배치 스케줄러

• 일괄 처리 작업이 설정된 주기에 맞춰 자동으로 수행되도록 지원해주는 도구
• 잡 스케줄러라고도 함

• 스프링 배치

  • Spring Source 사와 Accenture 사가 공동 개발한 오픈소스 프레임워크
  • 스프링 프레임워크의 특성을 그대로 가져와 스프링의 기능을 모두 사용할 수 있음
  • 데이터베이스나 파일의 데이터를 교환하는데 필요한 컴포넌트를 제공
  • 로그 관리, 추적, 트랜잭션 관리, 작업 처리 통계, 작업 재시작 등의 다양한 기능 제공
  • 구성요소 : Job, Job Launcher, Step, Job Repository

• Quatz

  • 스프링 프레임워크로 개발되는 응용 프로그램들의 일괄 처리를 위한 다양한 기능을 제공하는 오픈소스 라이브러리

• 수행할 작업과 수행 시간을 관리하는 요소들을 분리하여 일괄 처리 작업에 유연성을 제공

  • 구성요소 : Scheduler, Job, JobDetail, Trigger

패키지 소프트웨어

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패키지 소프트웨어의 개요

• 기업에서 일반적으로 사용하는 여러 기능을 통합하여 제공하는 S/W
• 기업에서는 패키지 소프트웨어를 구입하여 기업 환경에 적합하게 커스터마이징하여 사용

패키지 소프트웨어의 특징

• 요구사항을 분석하여 업무 특성에 맞게 전용으로 개발되는 S/W와 비교하여 안정성, 라이선스, 생산성 등의 차이가 있음
• 전문 업체에 의해 품질이 검증되었고 국제 산업계 표준을 준수하고 있어 안정적인 이용 가능
• S/W에 대한 라이선스가 판매자에게 있어 시스템 구축 후 기능 추가 및 코드 재사용 등에 제약이 있음
• 개발 조직을 갖추어야 할 필요성이 없어 비용을 절감할 수 있음
• 이미 개발된 S/W를 사용하기 때문에 프로젝트 기간 단축

3. 응용 SW 기초 기술 활용

운영체제의 개념

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• 컴퓨터 시스템의 자원들을 효율적으로 관리하며, 사용자가 컴퓨터를 편리하고 효과적으로 사용할 수 있도록 환경을 제공하는 여러 프로그램의 모임

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운영체제의 목적(처리 능력, 반환 시간, 사용 가능도, 신뢰도)

운영체제의 성능을 평가하는 기준

• 처리능력 : 일정 시간 내에 시스템이 처리하는 일의 양
• 반환 시간(=응답 시간) : 시스템에 작업을 의뢰한 시간부터 처리가 완료될 때까지 걸리는 시간
• 사용 가능도 : 시스템을 사용할 필요가 있을 때 즉시 사용 가능한 정도
• 신뢰도 : 주어진 문제를 정확하게 해결하는 정도

운영체제의 기능

• 프로세서(처리기 / Processor / CPU), 기억장치(주기억, 보조기억), 입 출력 장치, 파일 및 정보 등의 자원 관리
• 자원을 효율적으로 관리하기 위해 스케쥴링 기능 제공
• 사용자와 시스템 간 편리한 인터페이스 제공
• 각종 하드웨어와 네트워크를 관리 제어
• 데이터 관리, 데이터 및 자원의 공유 기능 제공
• 시스템의 오류 검사 및 복구
• 자원 보호 기능 제공
• 입 출력에 대한 보조 기능 제공
• 가상 계산기 기능 제공

운영체제의 주요 자원 관리(프로세스 관리, 기억장치 관리, 주변장치 관리, 파일 관리)

• 프로세스 관리 : 프로세스 스케쥴링 및 동기화 관리
• 기억장치 관리 : 프로세스에게 메모리 할당 및 회수 관리
• 주변장치 관리 : 입 출력장치 스케쥴링 및 전반적인 관리
• 파일 관리 : 파일의 생성과 삭제, 변경, 유지 등의 관리

운영체제의 종류

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

Windows

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마이크로소프트에서 개발한 운영체제

Windows 시스템의 특징

• 그래픽 사용자 인터페이스(GUI, Graphci User Interface) : 키보드로 명령어를 수행하지 않고 마우스로 아이콘이나 메뉴를 선택하여 모든 작업을 수행
• 선점형 멀티태스킹 : 동시에 여러 개의 프로그램을 실행하는 멀티태스킹을 하면서 운영체제가 각 작업의 CPU 이용 시간을 제어하여 응용 프로그램 실행 중 문제가 발생하면 해당 프로그램을 강제 종료시키고 모든 시스템 자원을 반환
• Pnp(Plug and Play) : 하드웨어를 설치할 때 해당 하드웨어를 사용하는데 필요한 시스템 환경을 운영체제가 자동으로 구성해주는 기능
• OLE(Object Linking and Embedding) : 다른 응용 프로그램에서 작성된 문자나 그림 등의 개체 현재 작성 중인 문서에 자유롭게 연결하거나 삽입하여 편집할 수 있는 기능
• Single User 시스템 : 컴퓨터 한대를 한 사람이 독점 사용

UNIX / LINUX / MacOS

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UNIX의 개요 및 특징

• 1960년대 AT&T 벨(Bell) 연구소, MIT, General Electric이 공동 개발한 운영체제
• 시분할 시스템을 위해 설계된 대화식 운영체제
• 소스코드가 개방형 시스템로 구성되어 있음
• 대부분 C언어로 작성되어 이식성이 높으며 장치, 프로세스 간 호환성이 높음
• 다중 사용자(Multi-User) 및 다중 작업(Multi-Tasking)을 지원
• 트리 구조의 파일 시스템을 가짐

UNIX 시스템의 구성

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• 커널(Kernel)

  • 컴퓨터가 부팅될 때 주기억장치에 적재된 후 상주하면서 실행됨
  • 하드웨어를 보호하고 프로그램과 하드웨어 간의 인터페이스 역할을 담당
  • 프로세스 관리, 기억장치 관리, 파일 관리, 입출력 관리, 프로세스 간 통신, 데이터 전송 및 변환 등 여러 가지 기능 수행

• 쉘(Shell)

  • 명령어를 인식하여 수행하는 명령어 해석기
  • 시스템과 사용자 간의 인터페이스 담당
  • DOS의 COMMAND.COM과 같은 기능 수행
  • 주기억장치에 상주하지 않고 명령어가 포함된 파일 형태로 존재
  • 보조기억장치에서 교체 처리 가능
  • 파이프라인 기능(둘 이상의 명령을 함께 묶어 처리한 결과를 다른 명령의 입력으로 전환하는 기능) 지원
  • 입출력 재지정을 통해 입력과 출력의 방향을 변경할 수 있음
  • 공용 Shell이나 사용자가 만들 Shell을 사용할 수 있음

• 유틸리티(Utility Program)

  • 사용자가 작성한 외부 프로그램을 처리

• DOS에서의 외부 명령어에 해당

  • 에디터, 컴파일러, 인터프리터, 디버거 등

LINUX의 개요 및 특징

• 1991년 리누스 토발즈가 UNIX를 기반으로 개발한 운영체제
• 프로그램 소스 코드가 무료로 공개되어 있어 사용자가 원하는 기능을 추할 수 있고 다양한 플랫폼에 설치하여 사용이 가능하여 재배포가 가능
• UNIX와 완벽하게 호환
• 대부분의 특징이 UNIX와 동일

MacOS의 개요 및 특징

• 1980년대 애플사가 UNIX를 기반으로 개발한 운영체제
• 애플사에서 생산하는 제품에서만 사용 가능
• 드라이버 설치 및 install / uninstall 과정이 단순

저장장치 관리의 개요

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저장장치 계층 구조의 특징

• 주기억장치는 각기 자신의 주소를 가지는 워드 또는 바이트들로 구성되어 주소를 이용하여 접근
• 보조기억장치에 있는 프로그램이나 데이터는 CPU가 직접 액세스 할 수 없음
• 보조기억장치에 있는 데이터는 주기억장치에 적재된 후 CPU에 의해 액세스

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기억장치의 관리 전략의 개요

• 3치 : Fetch(반입), 배치(Placement), 재배치(Replacement) 전략

반입(Fetch) 전략

• 보조기억장치에 보관중인 데이터를 언제 주기억장치에 적재할 것인지를 결정하는 전략
• 요구 반입 : 실행중인 프로그램이 특정 프로그램이나 데이터 등의 참조를 요구할 때 적재
• 예상 반입 : 실행중인 프로그램에 의해 참조될 프로그램이나 데이터를 미리 예상하여 적재

배치(Placement) 전략

• 새로 반입되는 데이터를 주기억장치의 어디에 위치시킬 것인지를 결정하는 전략
• 최초 적합(First Fit) : 배치가 가능한 크기의 빈 영역 중에서 첫 번째 분할 영역에 배치
• 최적 적합(Best Fit) : 배치가 가능한 크기의 빈 영역 중에서 단편화를 가장 적게 남기는 분할 영역에 배치
• 최악 적합(Worst Fit) : 배치가 가능한 크기의 빈 영역중에서 단편화를 가장 많이 남기는 분할 영역에 배치

• 단편화

  • 내부 단편화 : 배치 후 남은 공간
  • 외부 단편화 : 배치를 못해 빈 공간으로 남아있는 공간

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재배치(Replacement) 전략

• 주기억장치의 모든 영역이 이미 사용중인사용 중인 상태에서 새로운 프로그램이나 데이터가 배치하려고 할 때, 이미 사용 중인 영역에서 어느 영역을 교체할 것인지를 결정하는 전략
• FIFO, OPT, LRU, LFU, NUR, SCR 등

주기억장치 할당 기법

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주기억장치 할당의 개념

• 프로그램이나 데이터를 실행시키기 위해 주기억장치에 어떻게 할당할 것인지에 대한 내용

• 연속 할당 기법

  • 프로그램을 주 기억장치에 연속으로 할당하는 기법

• 단일 분할 할당 기법 : 오버레이, 스와핑

  • 다중 분할 기법 : 고정 분할 할당 기법, 동적 분할 할당 기법

• 분산 할당 기법

  • 프로그램을 특정 단위의 조각으로 나누어 주기억장치 내에 분산하여 할당하는 기법
  • 페이징 기법, 세그먼테이션 기법

단일 분할 할당 기법

• 주기억장치를 운영체제 영역과 사용자 영역으로 나누어 한순간에는 오직 한 명의 사용자만이 주기억장치의 사용자 영역을 사용하는 기법

• 오버레이 기법

  • 주기억장치보다 큰 사용자 프로그램을 실행하기 위한 기법
  • 보조기억장치에 저장된 하나의 프로그램을 여러개의 조각으로 분할한 후 필요한 조각을 차례로 주기억장치에 적재하여 프로그램을 실행

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• 스와핑 기법
• 하나의 프로그램 전체를 주기억장치에 할당하여 사용하다 필요에 따라 다른 프로그램과 교체하는 기법

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다중 분할 할당 기법

• 고정 분할 할당 기법 : 프로그램에 할당하기 전에 운영체제가 주기억장치의 사용자 영역을 여러 개의 고정된 크기로 분할하고 준비상태 큐에서 준비 중인 프로그램을 각 영역에서 할당하여 수행하는 기법
• 가변 분할 할당 기법 : 미리 주기억장치에 분할해 놓는 것이 아닌 프로그램을 주기억장치에 적재하면서 필요한 만큼의 크기로 영역을 분할

가상 기억장치 구현 기법 / 페이지 교체 알고리즘

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가상 기억장치의 개요

• 보조기억장치의 일부를 주기억장치처럼 사용하는 것
• 용량이 작은 주기억장치를 마치 큰 용량을 가진 것처럼 사용할 수 있음
• 프로그램을 여러 작은 블록 단위로 나누어서 가상 기억장치에 보관해 놓고, 프로그램 실행 시 요구되는 블록만 주기억장치에 불연속적으로 할당하여 처리
• 주기억장치의 이용률과 다중 프로그래밍의 효율 상승
• 가상기억장치에 저장된 프로그램을 실행하려면 가상 기억장치의 주소를 주기억장치의 주소로 바꾸는 주소 변환(Mapping) 작업이 필요
• 연속 할당 방식에서 발생할 수 있는 단편화를 해결할 수 있음

페이징 기법

• 가상기억장치의 보관되어 있는 프로그램과 주기억장치의 영역을 동일한 크기로 나눈 후 나눠진 프로그램을 동일하게 나눠진 주기억장치의 영역에 적재시켜 실행하는 기법
• 프로그램을 일정한 크기로 나눈 크기를 페이지라 하고 페이지 크기로 일정하게 나누어진 주기억장치의 단위를 페이지 프레임이라고 함
• 외부 단편화는 발생하지 않으나 내부 단편화는 발생할 수 있음
• Mapping 작업을 위해서 페이지 맵 테이블이 필요함

세그먼트 기법

• 가상기억장치에 보관되어 있는 프로그램을 다양한 크기의 논리적인 단위로 나눈 후 주기억장치에 적재시켜 실행시키는 방법
• 프로그램을 논리적인 크기로 나눈 단위를 세그먼트라고 함
• 내부 단편화는 발생하지 않으나 외부 단편화는 발생할 수 있음
• Mapping 작업을 위해서 세그먼트 맵 테이블이 필요함
• 세그먼트가 주기억장치에 적재될 때 다른 세그먼트에게 할당된 영역을 침범할 수 없으며 이를 위해 기억장치 보호키가 필요

페이지 교체 알고리즘

• 페이지 부재가 발생했을 때 가상 기억장치의 필요한 페이지를 주기억장치에 적재해야 하는데 이럴 경우 주기억장치의 모든 페이지 프레임이 사용 중이면 어떤 페이지 프레임을 선택하여 교체할 것인지 결정하는 기법

• OPT(OPTimal replacement, 최적 교체)

  • 앞으로 가장 오랫동안 사용하지 않을 페이지를 교체(예상)

• FIFO(First In First Out)

  • 페이지가 주기억장치에 적재될 때마다 시간을 기억시켜 가장 먼저 들어와서 오래 있었던 페이지를 교체
  • 먼저 들어온 것이 먼저 나감

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• LRU(Least Recently Used)
• 최근에 가장 오랫동안 사용하지 않은 페이지를 교체
• 페이지마다 Counter나 Stack을 두어 현시점에서 가장 오래전에 사용된 페이지 교체

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• LFU(Least Frequently Used)

  • 사용 빈도가 가장 적은 페이지를 교체

• NUR(Not Used Frequency)

  • 최근에 사용하지 않은 페이지를 교체
  • 최근 사용 여부를 확인하기 위해 페이지마다 참조 비트와 변형 비트를 사용

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가상 기억장치 기타 관리 사항

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페이지 크기에 따른 특징

• 페이지 크기가 작을 경우

  • 단편화와 주기억장치로 이동하는 시간 감소
  • 불필요한 내용이 적재될 확률이 낮아 워킹 셋이 효율적으로 유지
  • Locality에 더욱 일치하여 기억장치에 효율 상승
  • 페이지 맵 테이블 크기가 커지므로 매핑 속도가 늦어짐
  • 디스크 접근 횟수가 많아져 전체적인 입출력 시간이 늘어남

• 페이지 크기가 클 경우

  • 단편화와 주기억장치로 이동하는 시간이 증가
  • 프로세스 수행에 불필요한 내용까지 적재될 수 있음
  • 페이지 맵 테이블 크기가 작아지므로 매핑 속도가 빨라짐
  • 디스크 접근 횟수가 줄어들어 전체적인 입출력 시간이 줄어듦

Locality

• 프로세스가 실행되는 동안 주기억장치를 참조할 때 일부 페이지만 집중적으로 참조하는 성질이 있다는 이론
• 스래싱을 방지하기 위한 워킹 셋 이론의 기반
• 프로세스가 집중적으로 사용하는 페이지를 알아내는 방법

• 시간 구역성

  • 프로세스가 실행되면서 하나의 페이지를 일정 시간 동안 집중적으로 액세스 하는 현상
  • 시간 구역성이 이루어지는 기억 장소 : 반복, 스택, 부프로그램, 1씩 증감, 집계에 사용되는 변수

• 공간 구역성

  • 프로세스 실행 시 일정 위치의 페이지를 집중적으로 액세스하는 현상
  • 공간 구역성이 이루어지는 기억 장소 : 배열 순회, 순차적 코드의 실행, 프로그래머들이 관련된 변수들을 서로 근처에 선언하여 할당되는 기억 장소

워킹 셋

• 프로세스가 일정 시간 동안 자주 참조하는 페이지들의 집합
• 자주 참조되는 워킹 셋을 주기억장치에 상주시켜 페이지 부재 및 페이지 교체 현상이 줄어들어 프로세스의 기억장치 사용이 안정됨
• 워킹 셋은 시간에 따라 변화

페이지 부재 빈도 방식

• 페이지 부재 빈도는 페이지 부재가 일어나는 횟수
• 페이지 부재율에 따라 주기억장치에 있는 페이지 프레임 수를 조정하여 적정 수준으로 유지하는 방식
• 운영체제는 프로세스 실행 초기에 임의의 페이지 프레임 할당 후 페이지 부재율에 따라 프레임을 할당하거나 회수

프리 페이징

• 처음의 과도한 페이지 부재를 방지하기 위해 필요할 것 같은 모든 페이지를 한꺼번에 페이지 프레임에 적재하는 기법

스래싱

• 프로세스의 처리 시간보다 페이지 교체에 소요되는 시간이 더 많아지는 현상
• 다중 프로그래밍 시스템, 가상 기억장치 사용 시스템에서 하나의 프로세스 수행 중 자주 페이지 부재가 발생하면서 나타나는 현상
• 전체 프로세스 성능이 저하됨
• 다중 프로그래밍의 정도가 높아짐에 따라 CPU의 이용률은 어느 특정 시점까지는 높아지지만 다중 프로그래밍의 정도가 더욱 커지면 스래싱이 나타나고 CPU의 이용률은 급격히 감소됨

• 스래싱 현상 방지 방법

  • 다중 프로그래밍의 정도를 적정 수준으로 유지

• 페이지 부재 빈도를 조절하여 사용

  • 워킹 셋 유지

• 부족한 자원 증설, 일부 프로세스 중단

  • CPU 성능에 대한 자료의 지속적 관리 및 분석으로 임계치를 예상하여 운영

프로세스의 개요

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프로세스의 정의

• 프로세서에 의해 처리되는 사용자 프로그램이나 시스템 프로그램을 의미
• 실행 중인 프로그램을 의미하며 작업 혹은 태스크라고도 함

• 프로세스의 또 다른 형태

  • PCB를 가진 프로그램
  • 실기억 장치에 저장된 프로그램
  • 디스패치가 가능한 단위
  • 프로시저(부 프로그램)가 활동 중인 것
  • 비동기적 행위(다수의 프로세스가 서로 독립적으로 실행)를 일으키는 주체
  • 지정된 결과를 얻기 위한 일련의 계통적 동작
  • 목적 또는 결과에 따라 발생되는 사건들의 과정
  • 운영체제가 관리하는 실행 단위

PCB(Process Control Block)

• 운영체제가 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장해 놓은 곳
• 프로세스가 생성될 때마다 고유의 PCB를 생성하고 프로세스 완료 시 제거됨

• PCB에 저장되는 정보

  • 프로세스 현재 상태

• 포인터

  • 프로세스 고유 식별자

• 스케줄링 및 프로세스의 우선순위

  • CPU 레지스터 정보

• 주기억장치 관리 정보

  • 입출력 상태 정보
• 계정 정보

프로세스 상태 전이

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• 제출 : 작업을 처리하기 위해 사용자가 작업을 시스템에 제출한 상태
• 접수 : 제출된 작업이 스풀 공간인 디스크의 할당 위치에 저장한 상태

• 준비

  • 프로세스가 프로세서를 할당받기 위해 기다리고 있는 상태
  • 프로세스는 준비상태 큐에서 실행 준비
  • Job 스케줄러에 의해 수행

• 실행

  • 준비상태 큐에 있는 프로세스가 프로세서를 할당받아 실행되는 상태
  • 프로세스 수행이 완료되기 전에 프로세스에게 주어진 할당 시간이 종료되면 프로세스는 준비 상태로 전이
  • 실행 중인 프로세스에 입출력 처리가 필요하면 실행중인 프로세스는 대기상태로 전이
  • CPU 프로세스에 의해 수행
• 대기 : 프로세스에 입출력 처리가 필요하면 현재 실행중인 프로세스가 중단되고, 입출력 처리가 완료될 때까지 대기하고 있는 상태
• 종료 : 프로세스의 실행이 끝나고 프로세스 할당이 해제된 상태

프로세스 상태 전이 관련 용어

• Dispatch : 준비 상태에 대기하고 있는 프로세스 중 하나가 프로세스를 할당받아 실행 상태로 전이되는 과정
• Wake up : 입출력 작업이 완료되어 프로세스가 대기 상태에서 준비 상태로 전이되는 과정

인터넷

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인터넷의 개요

TCP/IP 프로토콜을 기반으로 전 세계 수많은 컴퓨터와 네트워크들이 연결된 광범위한 컴퓨터 통신망

• 미 국방성의 ARPANET에서 시작
• 유닉스 운영체제를 기반으로 함
• 인터넷에 연결된 컴퓨터는 고유한 IP 주소를 가짐
• 인터넷을 구성하기 위해서는 브리지, 라우터, 게이트웨이가 사용됨
• 백본 : 네트워크를 연결하여 중추적 역할을 하는 네트워크로 인터넷의 주가 되는 기간망

IP주소(Internet Protocol Address)

• 인터넷에 연결된 컴퓨터를 구분하기 위한 고유한 주소
• 8비트 씩 4부분으로 구성됨(IPv4)

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서브네팅

• 할당된 네트워크 주소를 다시 여러 개의 작은 네트워크로 나누어 사용
• IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위한 방법
• 서브넷 마스크 : 네트워크 주소와 호스트 주소를 구분하기 위한 비트

IPv6

• IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위해 개발됨
• 128비트의 긴 주소를 사용하여 주소 부족 문제를 해결할 수 있고, 자료 전송 속도가 빠름

• 인증성, 기밀성, 데이터 무결성의 지원으로 보안 문제 해결 가능

  • 인증성 : 사용자의 식별과 접근 권한 검증
  • 기밀성 : 시스템 내의 정보와 자료는 인가된 사용자에게만 접근 허용
  • 무결성 : 시스템 내의 정보는 인가된 사용자만 수정 가능

• Traffic Class, Flow Label을 이용하여 등급별, 서비스별로 패킷을 구분할 수 있어 품질 보장이 용이

  • Traffic Class : IPv6 패킷의 클래스나 우선순위를 나타내는 필드
  • Flow Label : 네트워크 상에서 패킷들의 흐름에 대한 특성을 나타내는 필드

• 주소 체계

  • 유니캐스트 : 1:1 통신
  • 멀티캐스트 : 1:N 통신
  • 애니캐스트 : 1:1 통신, 유니캐스트와 다르게 송신자와 가장 가까이 있는 수신자 간의 통신

도메인 네임

• IP 주소 사람이 이해하기 쉬운 문자 형태로 표현한 것
• 도메인 네임의 구성

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• 도메인 네임을 IP 주소로 변환하는 역할을 하는 시스템을 DNS라고 하며 이런 역할을 하는 서버를 DNS 서버라고 함

OSI 참조 모델

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OSI(Open System Interconnetion) 참조 모델의 개요

• 다른 시스템 간의 원활한 통신을 위해 ISO(국제표준화기구)에서 제안한 통신 규약(프로토콜)

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• Application / Presentation / Session / Transport / Network / Datalink / Physical = * 아파서티난다 피

OSI 모델의 계층

• 물리 계층(비트) ex) 리피터, 허브

  • 전송에 필요한 두 장치 간의 실제 접속과 절단 등 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 특성에 대한 규칙을 정의
  • 물리적 전송 매체와 신호 방식을 정의
  • RS-232C, X.21 등의 표준

• 데이터 링크 계층 (프레임) ex) 브리지

  • 두 개의 인접 개방 시스템들 간의 신뢰성 있고 효율적인 정보 전송을 할 수 있도록 함
  • 주요 기능 : 흐름 제어, 프레임 동기화, 오류 제어, 순서 제어
  • HDLC, LAPB, LLC, MAC, LAPD, PPP 등의 표준

• 네트워크 계층(패킷) ex) 라우터

  • 개방 시스템들 간의 네트워크 연결을 관리하고 데이터의 교환 및 중계 기능
  • 네트워크 연결 설정, 유지, 해제
  • 경로 설정, 데이터 교환 및 중계, 트래픽 제어, 패킷 정보 전송 수행
  • X.25, IP 등의 표준

• 전송 계층 (세그먼트) ex) 게이트웨이

  • 논리적 안정과 균일한 데이터 전송 서비스를 제공
  • 종단 시스템 간의 투명한 데이터 전송을 가능하게 함
  • 종단 시스템 간의 전송 연결 설정, 데이터 전송, 연결 해제 기능
  • 주소 설정, 다중화, 오류 제어, 흐름 제어
  • TCP, UDP 등의 표준

• 세션 계층 (메세지)

  • 송수신 측 간의 관련성을 유지하고 대화 제어를 담당
• 동기점 : 송수신 측간의 대화 동기를 위해 전송하는 정보를 일정한 부분에 두어 정보의 수신 상태를 체크하는 포인트

• 표현 계층 (메세지)

  • 데이터를 응용 계층, 세션 계층에 보내기 전에 계층에 맞게 변환

• 서로 다른 데이터 표현 형태를 갖는 시스템 간 상호 접속을 위해 필요한 계층

  • 코드 변환, 데이터 암호화, 데이터 압축, 구문 검색, 정보 형식 변환, 문맥 관리 기능

• 응용 계층

  • 사용자가 OSI 환경에 접속할 수 있도록 서비스 제공
  • 프로세스 간의 정보 교환, 전자 사서함, 가상 터미널 등의 서비스 제공

네트워크 관련 장비

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네트워크 인터페이스 카드(Network Interface Card)

• 컴퓨터를 연결하는 장치로 정보 전송 시 정보가 케이블을 통해 전송될 수 있도록 정보 형태를 변경
• 이더넷 카드 혹은 네트워크 어댑터라고도 함

허브(hub)

• 가까운 거리의 컴퓨터를 연결하는 장치
• 각 회선을 통합적으로 관리하며 신호 증폭 기능을 하는 리피터의 역할도 포함

• 더미 허브

  • 네트워크에 흐르는 모든 데이터를 단순히 연결만 함
  • LAN이 보유한 대역폭을 나누어 제공

• 스위칭 허브

  • 네트워크상에 흐르는 데이터의 유무 및 흐름을 제어하여 각각의 노드가 허브의 최대 대역폭을 사용할 수 있는 지능형 허브

리피터(Repeater) : 신호 재생

• 전송되는 신호가 원래의 형태와 다르게 왜곡되거나 약해질 경우 원래의 신호 형태로 재생하여 다시 전송하는 역할
• 근접한 네트워크 사이에 신호를 전송
• 전송 거리의 연장 또는 배선의 자유도를 높이는 용도

브리지(Bridge) : 동종의 LAN 연결

• LAN과 LAN을 연결하거나 LAN안에서 컴퓨터 그룹을 연결
• 데이터 링크 계층 중 MAC 계층에서 사용되므로 MAC 브리지라고도 함

스위치(Switch)

• LAN과 LAN을 연결하여 훨씬 더 큰 LAN을 만드는 장치
• 포트마다 각기 다른 전송속도를 지원하도록 제어할 수 있음
• 수십 ~ 수백 개의 포트를 지원

라우터(Router) : 서로 다른 LAN의 연결과 경로 설정

• LAN과 LAN의 연결 기능에 데이터 전송의 최적 경로를 선택할 수 있는 기능을 추가
• 서로 다른 LAN이나 LAN과 WAN의 연결도 수행
• 접속 가능한 경로에 대한 정보를 Routing Table에 저장하여 보관

게이트웨이(Gateway) : 프로토콜이 다른 네트워크 사이를 연결

• 전 계층의 프로토콜 구조가 다른 네트워크의 연결을 수행
• LAN에서 다른 네트워크에 데이터를 송수신하는 출입구 역할을 함

프로토콜의 개념

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프로토콜의 정의

• 서로 다른 기기들 간의 데이터 교환을 원활하게 수행할 수 있도록 표준화시켜 놓은 통신 규약

프로토콜의 기본 요소

• 구문 : 전송하고자 하는 데이터의 형식, 부호화, 신호 레벨 등을 규정
• 의미 : 두 기기 간의 효율적이고 정확한 정보 전송을 위한 협조 사항과 오류 관리를 위한 제어 정보를 규정
• 시간 : 두 기기 간의 통신 속도, 메시지의 순서 제어 등을 규정

프로토콜의 기능

• 단편화와 재결합

  • 단편화 : 송신 측에서 전송할 데이터를 전송에 알맞은 작은 크기의 블록으로 자르는 작업
  • 재결합 : 수신 측에서 수신한 단편화된 데이터를 다시 모으는 작업

• 캡슐화

  • 단편화 된 데이터에 주소, 오류 검출 코드, 프로토콜 제어 정보를 부가하는 것

• 흐름 제어

  • 수신 측에서 송신 측의 데이터 전송 속도나 전송 량을 제어할 수 있는 기능
  • 정지-대기 방식이나 슬라이딩 윈도우 방식을 이용

• 오류 제어

  • 전송 중에 발생하는 오류를 검출하고 정정하여 데이터나 제어 정보의 파손에 대비하는 기능

• 동기화

  • 송수신 측이 같은 상태를 유지하도록 타이밍을 맞추는 기능

• 순서 제어

  • 전송되는 데이터 블록에 전송 순서를 부여하여 연결 위주의 데이터 전송 방식에 사용
  • 흐름 제어 및 오류 제어를 용이하게 함

• 주소 지정

  • 데이터가 목적지까지 정확하게 전송될 수 있도록 목적지 이름, 주소, 경로를 부여하는 기능

• 다중화

  • 한 개의 통신 회선을 여러 가입자들이 동시에 사용하도록 하는 기능

• 경로 제어

  • 송수신 측간의 송신 경로 중에서 최적의 패킷 교환 경로를 설정하는 기능

• 전송 서비스

  • 전송하려는 데이터가 사용하도록 하는 별도의 부가 서비스

TCP/IP

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TCP/IP의 개요

• 인터넷에 연결된 서로 다른 기종의 컴퓨터들이 데이터를 주고받을 수 있도록 하는 표준 프로토콜
• 1960년대 말 ARPA에서 개발하여 ARPANET에서 사용하기 시작
• UNIX의 기본 프로토콜로 사용되었다가 현재는 인터넷 범용 프로토콜로 사용
• TCP(Transmission Control Protocol)과 IP(Internet Protocol)이 결합

TCP/IP의 구조

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응용 계층의 주요 프로토콜

• FTP : 원격 파일 전송 프로토콜
• SMTP : 전자 우편 교환 서비스
• TELNET :원격 접속 서비스, 가상 터미널 기능 수행
• SNMP : TCP/IP의 관리 프로토콜, 기기의 네트워크 정보를 네트워크 관리 시스템에 보냄
• DNS : 도메인 네임을 IP주소로 매핑하는 시스템
• HTTP : WWW에서 HTML을 송수신하기 위한 표준 프로토콜

전송 계층의 주요 프로토콜

• TCP

  • 양방향 연결형 서비스 제공
  • 가상 회선 연결 형태의 서비스 제공
  • 순서 제어, 오류 제어, 흐름 제어 기능을 함
  • 스트림 위주의 패킷 단위 전달

• UDP

  • 비연결형 서비스 제공
  • 실시간 전송에 유리하며, 신뢰성보다는 속도가 중요시되는 네트워크에서 사용

• RTCP

  • 패킷의 전송 품질을 제어하기 위한 제어 프로토콜

• 세션에 참여한 각 참여자들에게 주기적으로 제어 정보를 전송

  • 데이터 전송을 모니터링하고 최소한의 제어와 인증 기능만을 제공
• 패킷은 항상 32비트의 경계로 끝남

인터넷 계층의 주요 프로토콜

• IP : 전송할 데이터에 주소를 지정하고 경로를 설정

• ICMP

  • IP와 조합하여 통신 중에 발생하는 오류의 처리와 전송 경로 변경 등을 위한 제어 메시지를 관리
  • 헤더는 8Byte로 구성
• IGMP : 멀티캐스트를 지원하는 호스트나 라우터 사이에서 멀티캐스트 그룹 유지를 위해 사용
• ARP : IP 주소를 MAC Address로 변환 (논리 주소 → 물리 주소)
• RARP : ARP의 반대로 MAC Address를 IP 주소로 변환 (물리 주소 → 논리 주소)

네트워크 액세스 계층의 주요 프로토콜

• IEEE 802 : LAN을 위한 표준 프로토콜

  • IEEE 802.3(Ethernet) : CSMA/CD 방식의 LAN
  • IEEE 802.4 : 토큰 박스
  • IEEE 802.5 : 토큰링
  • IEEE 802.11 : 무선 LAN
• HDLC : 비트 위주의 데이터 링크 제어 프로토콜

• X.25 : 패킷 교환망을 통한 DTE와 DCE 간의 인터페이스를 제공하는 프로토콜

  • DTE(신호 단말 장치), DCE(신호 통신 장비)
• RS-232C : 공중전화 교환망을 통한 DTE와 DCE 간의 인터페이스를 제공하는 프로토콜