[IT 상식사전] 컴퓨터 운영체제의 개념과 역할

국가를 운영하는 사람을 정치가라고 부릅니다. 한 회사에 CEO 혹은 대표가 선출되면 그 사람을 회사를 운영하는 사람이라고 하여 경영자라고 부릅니다. 정치가에는 대통령, 국회의원 등이 있는데, 정치가나 경영자는 조직에서 하나의 특정한 부서에서 소속되어서 일하지 않지만, 전체 부서의 역할을 조정합니다. 따라서 현실 공간에서 우리의 이웃으로 보이지는 않더라도, 그들은 숨어서 우리 생활을 조정하고 지배하고 때로는 감시 감독합니다.

컴퓨터에도 이렇게 정치가나 CEO, 정부의 역할을 담당하는 부분이 있으니 그것이 바로 운영체제입니다. 이번 글에서는 운영체제와 그것이 일하는 방식에 대해서 알아보겠습니다.

‘컴퓨터’라는 정보 처리기의 경영자

정치가가 예산과 같은 국가의 재화를 관리하고 배분하듯이, 운영체제는 통상 컴퓨터의 자원을 관리한다고 이야기합니다. 컴퓨터의 자원이라는 게 뭘까요? 컴퓨터의 자원에 대해서 이야기하려면 먼저 컴퓨터의 구조에 대해서 생각해 보아야 할 것입니다.

컴퓨터의 구조는 아주 단순하게 이야기하면, 입출력 장치, 중앙처리 장치, 기억 장치로 이루어져 있습니다. 입출력 장치는, 키보드와 같은 입력 장치, 모니터나 프린터와 같은 출력 장치를 합한 말입니다. 중앙처리 장치는 연산과 제어 기능을 수행하는 CPU를 말합니다. 기억장치는 메모리, 디스크와 같은 주기억 장치와 보조기억 장치들을 말합니다.

컴퓨터 구조를 조금 더 확장시켜서 이야기하면 소프트웨어 부분을 덧붙일 수 있습니다. 여기에는 응용 소프트웨어, 시스템 소프트웨어가 있습니다. 응용 소프트웨어는 워드프로세서나 웹 브라우저같이 사용자가 직접 다루는 애플리케이션이고, 시스템 소프트웨어는 이면에 숨어서 사용자와 하드웨어를 연결해주는 프로그램입니다.

운영체제의 범주는 다소 유동적입니다. 시스템 소프트웨어에는 운영체제, 하드웨어라는 기계가 알아듣기 위한 언어로 번역하는 언어 번역 프로그램, 그리고 각종 라이브러리, 유틸리티들을 포함하는 사용자를 위한 서비스 프로그램 등이 있는데, 넓은 의미의 운영체제는 이 모두를 포함합니다.

좁은 의미의 운영체제는 제어 프로그램으로 한정 짓는데, 말하자면 CPU의 작업 스케줄과 메모리의 데이터를 관리하고, 입출력을 제어하는 모니터링 역할을 하는 감시 프로그램에 한정됩니다. 이것을 다른 말로 해서 알맹이, 핵심이라는 뜻의 커널(kernel)이라고도 이야기합니다. 즉 넓은 의미의 운영체제는 시스템 소프트웨어 전반을 말하고, 좁은 의미의 운영체제는 커널인 셈입니다.

하드웨어에 고정되어 있는 소프트웨어인 펌웨어라는 것도 있습니다. 메인보드에 고정되어 있는 펌웨어인 바이오스(BIOS)는 시스템을 초기화하고, 오류를 점검하며, 운영체제를 로딩해서 메모리에 적재(積載)하는 역할을 합니다. 이외에도 프린터 같은 외부 장치 연결을 위해 하드웨어와 운영체제의 중간에 있는 디바이스 드라이버가 있습니다. 일반적으로 우리가 프린터 드라이버, 마우스 드라이버라고 부르는 것들입니다.

이러한 컴퓨터 구조에 입각하여 컴퓨터의 자원을 정리하면 CPU, 기억장치, 입출력 장치, 덧붙여 기억장치에 있는 각종 파일 등이 있으며, 운영체제는 이러한 자원을 관리하는 일을 합니다. 핵심만 간단하게 정리하면, 운영체제는 중앙처리장치, 기억장치, 입출력 장치라는 컴퓨터의 자원을 사용자가 효율적으로 활용할 수 있도록 관리하는 경영자 역할을 하는 시스템 소프트웨어입니다.

운영체제의 작동방식

운영체제가 일하는 과정은 매우 복잡한데, 최대한 쉽게 살펴보겠습니다.

컴퓨터가 켜지면, 흔히 우리가 알고 있는 컴퓨터 부팅이 시작됩니다. 부팅은 부트스트랩 프로그램에 의해서, 운영체제가 메모리에 실리는 과정입니다. 앞서 말했던 하드웨어에 상주하는 펌웨어는 메모리를 포함한 하드웨어가 잘 작동하는지 점검하고 프린터와 같은 외부 장치의 연결을 점검하기도 합니다. 또한 외부 장치를 읽기 위해서 디바이스 드라이브를 로딩합니다.

운영체제 로딩이 끝나면 운영체제는 사용자에게 응용프로그램을 사용할 수 있는 인터페이스를 제공하고, 사용자가 키보드를 누르거나 마우스 클릭을 하면서 발생하는 특정한 이벤트, 즉 개별 사건들에 반응합니다. 그러면 연산을 수행하는 CPU가 일을 시작하는 것입니다.

예를 들어 마우스 클릭으로 웹브라우저를 열거나 워드프로세서에 타이핑을 하면, 운영체제는 각 프로세스, 즉 작업 과정들에게 자원을 할당하는 역할을 합니다. CPU가 각각의 프로세스를 수행할 수 있도록 관리하는 것입니다. 작업의 우선순위를 정하여 하나씩 실행하고, 창이 닫힐 때는 해당 프로세스를 삭제하기도 합니다.

운영체제는 메모리의 공간을 각 프로세스에 배분하기도 하고, 메모리의 어떤 부분이 사용되고 있는지, 누가 사용하고 있는지에 대한 정보를 갖고 있습니다. 그 정보를 바탕으로 메모리 공간을 할당하고, 빈 공간으로 되돌려 놓는 회수 작업도 합니다. 또한 디스크와 같은 보조기억장치의 파일에 데이터를 입력하기도 하고, 파일에서 주기억장치인 메모리로 데이터를 불러오기도 합니다. 이렇게 메모리와 디스크 사이에 자료 전송, 파일의 처리를 진행하면서 파일을 표준적인 체계로 활용할 수 있도록 관리합니다.

보통 드라이버라고 불리는 디바이스 드라이버는 키보드, 프린터와 같은 특정한 하드웨어에 속해 있는데, 운영체제가 메인보드에 연결된 각 기기들, 외부 장치들에 일반적인 작업 수행 요청을 하면 드라이버는 자신들의 특성에 맞는 구체적인 일들을 수행합니다. 이외에도 인터넷 활용을 위한 네트워크 연결을 관리하기도 합니다.

이처럼 운영체제는 컴퓨터 자원을 관리하는 처음이자 마지막입니다. 사용자가 하드웨어의 작동원리를 몰라도 하드웨어를 컨트롤하고 최적화해서 효율적으로 활용할 수 있도록 도와주는 경영자, 관리자 역할을 하는 소프트웨어라고 할 수 있습니다. 그래서 아무리 좋은 컴퓨터 자원이라도 운영체제가 구형이면 제대로 운영하기가 어렵습니다

운영체제의 역할

위에서 설명한 것처럼 운영체제의 본질적인 개념과 출발은 컴퓨터라는 복잡한 정보처리 시스템을 제어하고 관리하기 위한 소프트웨어입니다. 그렇다고 사용자가 운영체제를 직접 관리하는 건 아닙니다. 우리는 그저 운영체제가 관리하는 소프트웨어를 통해 하드디스크, 메모리, 그래픽카드, 인터넷 등 각종 컴퓨터 자원을 쉽게 쓸 수 있을 뿐입니다. 따라서 운영체제는 기본적으로 숨은 조율자, 지휘자의 역할을 맡고 있다고 볼 수 있습니다.

예를 들어 1980년대 국민학교 운동장을 보면 한쪽에서는 축구나 족구를 하고 한쪽에서는 농구를 한쪽에서는 여자아이들이 고무줄놀이를 하고, 한쪽에서는 비석 치기, 오징어 게임과 같은 놀이를 즐겼습니다. 각 게임이나 스포츠를 응용프로그램 혹은 앱이라고 한다면, 빈 공간은 운영체제인 것입니다. 축구장이나 농구장 같은 게임 내에 들어가 있을 수도 있지만, 운동장 한편에서 쉴 수도 있으니 빈 공간을 직접 만나기도 합니다.

혹은 사용자가 축구 골대를 옮길 수도 있고, 축구 골대의 위치에 따라, 옆에 있는 족구장 라인을 넓히거나 줄일 수도 있습니다. 축구공이 날아와서 오징어 게임이 잠시 중단될 수도 있습니다. 전체 판, 운동장에 해당하는 운영체제를 이용해서 각 게임에 해당하는 응용 프로그램을 수정하거나 제어할 수도 있는 것이죠.

따라서 간단하게 정리하자면, 운영체제는 하드웨어와 소프트웨어 간의 조율자이면서, 동시에 사용자와 하드웨어 간의 인터페이스를 제공하는 역할을 한다고 볼 수 있을 것입니다. 지금 우리는 윈도, 리눅스, 안드로이드, IOS(아이폰 운영체제) 등 다양한 운영체제를 통해 컴퓨터 자원을 활용할 수 있습니다. 아마도 가까운 미래에 운영체제가 더 발전한다면 숨은 조율자의 역할이 아닌, 사용자와 컴퓨터 자원을 직접 연결하는 일이 생길 수도 있겠습니다.

<참고 문헌>

1) 계산기는 어떻게 인공지능이 되었을까? 더멋튜링 저/김의석 역. 한빛미디어

2) 1일 1로그 100일 완성 IT지식. 브라이언 W 커니핸 저/하성창 역. 인사이트

3) 4차산업혁명시대의 정보통신 개론. 고응남. 한빛아카데미

4) 인공지능시대의 컴퓨터 개론. 김대수. 생능출판

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