<FE면접질문> #6. 운영체제

이번에도 CS Fundementals 중 하나인 운영체제 관련 질문들에 대해 정리해 보려고 한다.

운영체제

컴파일러와 인터프리터의 차이가 무엇인가요? (N사 전화면접)

컴파일러와 인터프리터 모두 고레벨 언어를 기계어로 변환하는 역할을 수행하지만 차이점은 컴파일러의 경우 전체 코드를 보고 명령어를 수집하고 재구성하는 반면, 인터프리터는 소스코드의 각 행을 연속적으로 분석하며 실행한다. 인터프리터는 고레벨 언어를 중간 레벨 언어로 한 번 변환하고 이를 각 행마다 실행하기 때문에 일반적으로 컴파일러가 인터프리터보다 실행 시간이 빠른 경우가 많다. java의 경우 .java 파일을 .class 파일로 자바 컴파일러가 컴파일을 하고, .class 파일을 기계어로 인터프리터가 변환하는 것이다.

 

프로세스와 스레드의 차이가 무엇인가요? (N사 전화면접)

프로세스는 운영체제로부터 CPU 자원을 할당받는 작업의 단위이다. 그리고 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적인 개체)를 의미한다. Code, Data, Stack, Heap의 구조로 되어 있다, 이러한 구조로 된 독립된 메모리 영역을 할당받는다.

스레드는 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위이다. 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.

멀티 프로세스에 비해 멀티 스레드가 가지는 장점은 먼저 첫 번째로 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 감소함으로서 자원을 효율적으로 관리할 수 있다는 점이다. 두 번째로 프로세스 간 통신(IPC)보다 스레드 간의 통신 비용이 더 적게 발생한다. 다만 멀티 스레드 사용 시에는 공유 자원으로 인한 문제를 해결하기 위해 동기화를 신경써 주어야 한다.

 

LRU에 대해서 설명해 보세요. (N사 전화면접)

LRU는 페이지 교체 알고리즘 중 하나로, 최근에 가장 오랫동안 사용하지 않은 페이지를 교체하는 방식이다.

 

Thread-safe의 개념에 대해 설명하세요. (K사 전화면접)

Thread safe는 멀티 스레드 프로그래밍 환경에서 일반적으로 어떤 함수나 변수, 혹은 객체가 여러 스레드로부터 동시에 접근이 이루어져도 프로그램의 실행에 문제가 없는 것을 말한다.

Thread-safe한 코드를 만들기 위해서는 Critical Session을 통해 스레드 내부에서 처리되는 연산들을 직렬화 하여 한 번에 한 스레드에서 연산이 수행되도록 만들어 주어야 한다.

 

GPU와 CPU의 차이에 대해 설명하세요. (K사 전화면접)

CPU는 입출력장치, 기억장치, 연산장치 등을 포함한 컴퓨터 리소스를 관리하는 최상위 계층의 중앙처리장치이다. 따라서 데이터 처리와 더불어 프로그램에서 작업의 우선순위를 지정하고 전환하며 가상 메모리를 관리하는 등의 역할을 한다. CPU는 직렬 처리에 최적화된 몇 개의 코어로 구성되어 있다.

GPU는 반복적이고 비슷한 대량의 연산을 수행하며 이를 병렬적(parallel)으로 나누어 작업하기 때문에 CPU에 비해 속도가 압도적으로 빠르다. GPU는 병렬 처리용으로 설계된 수 천 개의 보다 소형이고 효율적인 코어로 구성되어 있다.

 

교착상태(데드락)가 무엇이고 발생하는 조건을 설명해 주세요.

교착 상태는 프로세스가 자원을 얻지 못해 다음 처리를 하지 못하는 상태로, 시스템적으로 한정된 자원을 여러 곳에서 사용하려고 할 때 발생한다.

상호 배제, 점유 대기, 비선점, 순환 대기 네 가지 조건을 모두 만족해야 교착 상태가 발생한다. 순환 대기의 경우 점유 대기와 비선점 조건을 만족해야 성립하므로 4가지 조건은 완전히 서로 독립적이지 않다.

 

페이지 폴트가 무엇인가요?

가상 메모리의 페이지 테이블에는 페이지가 물리 메모리에 있는지, 스왑 영역에 있는지 표시하는 유효 비트를 사용한다. 프로세스가 페이지를 요청했을 때 그 페이지가 메모리에 없는 경우를 페이지 폴트라고 한다. 페이지 폴트가 발생하면 프레임을 새로 할당 받아야 하며, 프로세스가 해당 페이지를 사용할 수 있도록 스왑 영역에서 물리 메모리로 옮겨야 한다. 그리고 페이지 테이블을 재구성 하고, 프로세스의 작업을 재 시작한다.'

 

문맥 전환(Context Switching)이 무엇인가요?

멀티 프로세스 환경에서 CPU가 어떤 하나의 프로세스를 실행하고 있는 상태에서, 인터럽트 요청에 의해 다음 우선 순위의 프로세스가 실행되어야 할 때 기존의 프로세스의 상태 또는 레지스터 값(context)을 저장하고 CPU가 다음 프로세스를 수행하도록 새로운 프로세스의 상태 또는 레지스터 값(context)을 교체하는 작업을 context switching이라고 한다.

OS에서 context는 CPU가 해당 프로세스를 실행하기 위한 해당 프로세스의 정보들이다. 이 context는 프로세스의 PCB(Process Control Block)에 저장된다.

 

메모리가 어떻게 구성되어 있는지 설명해 주세요.

메모리는 크게 코드, 데이터, 스택, 힙 영역으로 나누어져 있다. 코드 영역은 실행될 프로그램의 코드가 저장되어 있는 영역이다. 데이터 영역은 전역 변수와 정적 변수가 저장되어 있는 영역이다. 스택 영역은 지역변수와 매개 변수가 저장되어 있으며, 함수의 호출과 함께 할당되는 영역이다. 힙 영역은 사용자에 의해 동적으로 할당되고 해제될 수 있는 메모리 영역이다. 스택 영역은 컴파일 타임에 크기가 결정되고, 힙 영역은 런 타임에 크기가 결정된다.

 

가상 메모리(Virtual Memory)에 대해 설명해 주세요.

가상 메모리는 멀티 프로세스 환경에서 프로세스마다 충분한 메모리를 할당하기에 물리 메모리의 한계가 있어서 나타난 개념이다. 가상 메모리에서 프로세스는 가상 주소를 사용하고, 실제 해당 주소에서 데이터를 읽고 쓸 때 물리 주소로 바꿔주게 된다. MMU(Memory Management Unit)를 통해 CPU에서 코드 실행 시, 가상 메모리 접근이 필요할 때, 해당 주소를 물리 주소로 변환해 준다.

 

참고 자료

1. https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=complusblog&logNo=220985528418&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F
2. https://gmlwjd9405.github.io/2018/09/14/process-vs-thread.html
3. https://sdc-james.gitbook.io/onebook/1./1.1.-artificial-intelligence/1.1.1.-cpu-gpu
4. https://geekhub.tistory.com/58
5. https://jeong-pro.tistory.com/93