시스템 콜 (System Call) - 1. 운영체제와 시스템 콜이란?

1장: 운영체제와 시스템 콜이란?

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1. 운영체제란 무엇인가?

컴퓨터는 단순한 기계일 뿐, 스스로 움직이거나 특정 작업을 수행하지 않습니다. 우리가 컴퓨터를 사용하려면 운영체제(Operating System, OS)가 필요합니다.

운영체제는 컴퓨터의 하드웨어와 사용자(또는 프로그램) 사이에서 중간 역할을 하는 소프트웨어입니다. 즉, 사용자가 컴퓨터를 쉽게 사용할 수 있도록 도와주는 필수적인 프로그램이라고 할 수 있습니다.

운영체제의 주요 역할

운영체제는 다음과 같은 역할을 합니다.

1. 프로세스 관리: 여러 프로그램이 실행될 때 CPU를 적절히 분배하여 실행 순서를 관리합니다.
2. 메모리 관리: 프로그램이 실행될 때 사용할 메모리를 적절히 할당하고 해제합니다.
3. 파일 시스템 관리: 파일을 저장하고 불러오는 작업을 처리합니다.
4. 입출력 장치 관리: 키보드, 마우스, 프린터, 디스크 등 다양한 장치와 소통합니다.
5. 사용자 인터페이스 제공: 사용자가 운영체제와 상호작용할 수 있도록 GUI(그래픽 인터페이스)나 CLI(명령어 인터페이스)를 제공합니다.

운영체제가 없다면, 사용자는 직접 하드웨어를 제어하는 복잡한 작업을 해야 합니다. 예를 들어, 파일을 저장할 때 하드디스크의 특정 위치에 데이터를 기록하는 방법을 직접 프로그래밍해야 합니다. 하지만 운영체제가 있으면 사용자는 단순히 "파일 저장" 버튼을 누르기만 하면 됩니다.

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2. 컴퓨터 프로그램과 운영체제의 관계

컴퓨터 프로그램이란?

컴퓨터 프로그램은 특정 작업을 수행하는 명령어들의 집합입니다. 예를 들어, 웹 브라우저, 게임, 문서 편집기, 계산기 등 우리가 사용하는 모든 소프트웨어가 프로그램입니다.

하지만 프로그램이 실행되려면 반드시 운영체제의 도움이 필요합니다.

운영체제와 프로그램의 상호작용

운영체제와 프로그램은 서로 협력하면서 작동합니다. 예를 들어:

1. 사용자가 웹 브라우저를 실행하면, 운영체제는 해당 프로그램이 실행될 수 있도록 메모리를 할당하고, CPU의 일정 부분을 배정해줍니다.
2. 웹 브라우저가 인터넷에 접속하려면 네트워크 장치를 사용해야 합니다. 하지만 프로그램이 직접 네트워크 카드에 명령을 내릴 수는 없습니다. 대신, 운영체제를 통해 네트워크에 접근합니다.
3. 웹 페이지에서 파일을 다운로드하면, 브라우저는 운영체제에게 "이 파일을 저장하고 싶어요!"라고 요청합니다. 운영체제는 파일을 디스크에 저장하는 작업을 대신 처리해 줍니다.

즉, 프로그램은 운영체제를 통해서만 하드웨어를 사용할 수 있습니다.

운영체제가 없는 상태에서 프로그램이 실행된다고 가정해 봅시다. 이 경우, 프로그램이 CPU, 메모리, 디스크 등 모든 하드웨어를 직접 제어해야 합니다. 이는 매우 복잡하고 어려운 작업이므로, 운영체제가 대신 처리해 주는 것입니다.

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3. 시스템 콜이 필요한 이유

이제 운영체제가 프로그램을 대신해 하드웨어를 관리한다는 것을 알았습니다. 하지만 프로그램이 하드웨어를 사용하려면 어떻게 해야 할까요? 바로 **시스템 콜(System Call)**을 사용해야 합니다.

시스템 콜이란?

시스템 콜(System Call)은 프로그램이 운영체제의 기능을 사용할 수 있도록 요청하는 방법입니다. 즉, 프로그램이 운영체제에게 "이 작업을 대신 해주세요!"라고 말하는 방식입니다.

예를 들어, 프로그램이 파일을 저장하고 싶다면:

1. 운영체제에게 "파일을 저장해 주세요!"라고 요청합니다.
2. 운영체제가 하드디스크에 파일을 저장합니다.
3. 운영체제는 프로그램에게 "파일 저장 완료!"라고 응답합니다.

이러한 요청 과정을 시스템 콜이라고 합니다.

왜 시스템 콜이 필요할까?

컴퓨터의 보안을 유지하고, 안정성을 확보하기 위해 프로그램이 직접 하드웨어를 조작하는 것은 허용되지 않습니다. 대신, 운영체제만이 하드웨어를 직접 조작할 수 있으며, 프로그램은 운영체제에게 요청을 보내는 방식으로 작업을 수행합니다.

예제: 파일 저장 과정

운영체제가 없는 경우, 프로그램이 직접 하드디스크를 제어해야 합니다. 하지만 이는 매우 어렵고, 프로그램이 실수로 다른 중요한 데이터를 지울 위험도 있습니다.

운영체제가 있는 경우, 프로그램은 다음과 같은 방식으로 안전하게 파일을 저장할 수 있습니다.

1. 프로그램 → 운영체제: "파일을 저장하고 싶어요!" (시스템 콜 호출)
2. 운영체제 → 하드디스크: 파일을 저장함
3. 운영체제 → 프로그램: "저장 완료!"

이렇게 하면 프로그램은 운영체제의 보호 아래, 안정적이고 효율적으로 하드웨어를 사용할 수 있습니다.

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정리

✅ 운영체제는 컴퓨터 하드웨어와 프로그램 사이에서 중개 역할을 한다.
✅ 프로그램이 실행되려면 운영체제의 지원이 필요하다.
✅ 프로그램이 하드웨어를 직접 조작하는 것이 아니라, 운영체제에게 요청하는 방식(시스템 콜)을 사용한다.
✅ 시스템 콜은 프로그램이 운영체제에게 특정 작업을 수행해 달라고 요청하는 방법이다.