Hanbbi's DevLog

정보처리기사

정보처리기사 필기(4) - 프로그래밍 언어 활용

2023-12-27

필기 시험 공략

개인적으로 필기 시험의 경우 기출문제를 많이 풀어보는 것으로 충분하다고 생각한다.

구글 앱 스토어에서 "정보처리기출문제"라는 키워드로 검색해서 앱에 등록된 문제들을 많이 풀어보면 좋을 것 같다.

나의 경우 아래의 순서로 필기한 후, 기출문제를 많이 풀어본 후에 시험을 쳤다.

표 등 일부 내용은 깃허브에서 보는 것이 더 편하다.

  1. 소프트웨어 설계

  2. 소프트웨어 개발

  3. DB구축

  4. 프로그래밍 언어 활용

  5. 정보시스템 구축 관리

본문은 요약본으로, 노출 빈도가 높다고 느낀 키워드는 ★표로 강조하였다.

모듈화와 결합도/응집도 ★★★

모듈화

  • 모듈화는, 거대한 문제를 작은 조각의 문제로 나누어 다루기 쉽도록 하는 과정으로, 작게 나누어진 각 부분을 모듈이라고 한다.
  • 소프트웨어의 모듈은 프로그래밍 언어에서 Subroutine, Function 등으로 표현될 수 있다.
  • 모듈화는 시스템을 지능적으로 관리할 수 있도록 해주며, 복잡도 문제를 해결하는데 도움을 준다.
  • 모듈화는 시스템의 유지보수와 수정을 용이하게 한다.

모듈의 개념

  • 하나의 프로그램을 몇 개의 작은 부분으로 분할한 단위이다.
  • 모듈의 독립성은 결합도와 응집도에 의해 측정된다.
  • 각 모듈은 논리적 또는 기능적으로 분리되어 격리되고 독립적인 일을 수행한다.
  • 특성 : Unity(한 가지 일만 수행), Smallness(간단 명료), Simplicity(단순성), Independency(독십성) 등

결합도(Coupling)

  • 한 모듈과 다른 모듈 간의 상호 의존도 또는 두 모듈 사이의 연관 관계를 의미한다.

  • 모듈 간의 결합도를 약하게 하면 모듈 독립성이 향상된다.

  • 인터페이스가 정확히 설정되어 있지 않을 경우 불필요한 인터페이스가 나타나 모듈 사이의 의존도는 높아지고 결합도가 증가한다.

  • 다른 모듈과 데이터 교류가 필요한 경우 전역 변수(Global Variable)보다는 매개 변수(Parameter)를 사용하는 것이 결합도를 낮추는데 도움이 된다.

  • 결합도 정도 : 데이터 결합도 < 스탬프 결합도 < 제어 결합도 < 외부 결합도 < 공통 결합도 < 내용 결합도

  • 데이터 결합도(Data Coupling)

    • 한 모듈이 파라미터나 인수로 다른 모듈에 데이터를 넘겨주고 호출받은 모듈은 받은 데이터에 대한 처리 결과를 다시 돌려주는 경우의 결합도.

  • 스탬프 결합도(Stamp Coupling)

    • 두 모듈이 동일한 자료 구조를 조회하는 경우의 결하볻

  • 제어 결합도(Control Coupling)

    • 한 모듈이 다른 모듈의 내부 논리 조직을 제어하기 위한 목적으로 제어 신호를 이용하여 통신하는 경우의 결합도

  • 외부 결합도(External Coupling)

    • 한 모듈에서 외부로 선언한 변수를 다른 모듈에서 참조할 경우의 결합도

  • 공통 결합도(Common Coupling)

    • 한 모듈이 다른 모듈에 제어 요소를 전달하고 여러 모듈이 공통 자료 영역을 사용하는 경우의 결합도

  • 내용 결합도(Content Coupling)

    • 한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 참조하는 경우의 결합도

응집도(Cohesion)

  • 한 모듈 내부의 처리 요소 간의 기능적 연관도를 의미한다.

  • 모듈 내부 요소는 명령어, 명령어의 모임, 호출문, 특정 작업 수행 코드 등이다.

  • 응집도 정도 : 기능적 응집도 > 순차적 응집도 > 교환적 응집도 > 절차적 응집도 > 시간적 응집도 > 논리적 응집도 > 우연적 응집도

  • 기능적 응집도(Functional Cohesion)

    • 한 모듈 내부의 한 기능 요소에 의한 출력 자료가 다음 기능 원소의 입력 자료로써 제공되는 경우의 응집도

  • 순차적 응집도(Sequential Cohesion)

    • 모듈의 구성 요소가 하나의 활동으로부터 나온 출력 자료를 그다음 활동의 입력 자료로 사용하는 같은 모듈 내에서의 응집도

  • 교환적 응집도(Communicational Cohesion)

    • 동일한 입력과 출력을 사용하는 소 작업들이 모인 모듈에서 볼 수 있는 응집도.

  • 절차적 응집도(Procedural Cohesion)

    • 모듈이 다수의 관련 기능을 가질 때 모듈 내부의 기능 요소들이 그 기능을 순차적으로 수행할 경우의 응집도

  • 시간적 응집도(Temporal Cohesion)

    • 특정 시간에 처리되는 여러 기능을 모아 한 개의 모듈로 작성할 경우의 응집도

  • 논리적 응집도(Logical Cohesion)

    • 유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도

  • 우연적 응집도(Coincidental Cohesion)

    • 서로 간에 어떠한 의미 있는 연관 관계도 지니지 않은 기능 요소로 구성되는 경우의 응집도

효과적인 모듈화 설계 방법

  • 응집도는 강하게, 결합도는 약하게 설계한다.
  • 복잡도와 중복성을 줄이고 일관성을 유지할 수 있도록 설계한다.
  • 유지보수가 용이하도록 설계한다.
  • 모듈 크기는 시스템의 전반적인 기능과 구조를 이해하기 쉬운 크기로 설계한다.
  • 모듈 기능은 예측이 가능해야 하며 지나치게 제한적이어서는 안 된다.

C 언어

C언어의 기본 구조

  • main 함수를 반드시 포함해야 하며, main 함수에서 실행이 시작된다.
  • 영문 대/소문자를 엄격하게 구별한다.
  • 문장을 끝마칠 때는 세미콜론(;)을 사용한다.
  • 여러 개의 문장을 묶어 하나의 블록으로 구성할 때 중괄호({})를 사용한다.
  • 주석문은 /_ ~ _/로 표기한다.

기본 자료형

자료형예약어크기
정수형int2Byte
long4Byte
실수형float4Byte
double8Byte
문자형char1Byte

입/출력 함수

  • 표준 입/출력 함수
    • scanf() : 표준 입력 함수
    • printf() : 표준 출력 함수
    • getchar() : 문자 입력 함수
    • putchar() : 문자 출력 함수
    • gets() : 문자열 입력 함수
    • puts() : 문자열 출력 함수
  • 변환 문자(출력 형식 지정 문자)
    • %d : 10진 정수
    • %o : 8진 정수
    • %x : 16진 정수
    • %f : 실수형
    • %e : 지수형
    • %c : 문자
    • %s : 문자열

탈출문(Escape Sequence)

문자의미기능
\nnew line커서를 다음 줄 처음으로 이동한다.
\rcarriage return커서를 현재 줄 처음으로 이동한다.
\ttab커서를 일정 간격만큼 띄운다.
\bbackspace커서를 뒤로 한 칸 이동한다.
\fform feed한 페이지를 넘긴다.
\0null character널 문자를 출력한다.
'single quote작은 따옴표를 출력한다.
"double quote큰따옴표를 출력한다.
\ \backslash역슬래시를 출력한다.
\aalert벨 소리를 발생한다.

C언어 변수명 작성 규칙

  • 영문 대소문자(AZ, az), 숫자(0~9), '_'를 혼용하여 사용할 수 있다.
  • 첫 글자는 숫자로 시작할 수 없고, 영문자나 "_"로 시작해야 한다.
  • 영문자는 대소문자를 구분한다.
  • 공백을 포함할 수 없다.
  • auto, beak, case, char, const, continue, default, do, double, else, enum, extern, float, for, goto, if, int, long, register,return, short, signed, sizeof, static, struct, switch, typedef, union, unsigend, void, volatile, while 32개 예약어(Reserved Word)를 사용할 수 없다.

포인터 변수

  • 다른 변수의 주소값을 저장할 수 있다.
  • 표인터 변수는 자료형에 상관없이 메모리 크기가 동일하다.
  • 가리키고 있는 변수값을 읽기 위해서는 포인터 연산자를 사용한다.
  • 포인터 변수에 일반 변수의 주소를 대입하기 위해서는 &(주소) 연산자를 사용한다.
  • 포인터 변수를 가리키는 포인터 변수를 선언할 수 있다.

표준 라이브러리 함수

  • stdio.h : C언어의 표준 입/출력 라이브러리(Standard Input and Output Library)이다.
  • stdlib.h : C 표준 유틸리티 함수를 모아놓은 헤더 파일이다. 문자형 변환, 수치를 문자형으로 변환, 동적 할당 관련 함수, 난수 생성 함수, 정수의 연산 함수, 검색 및 정렬 함수 등이다.
  • stdlib.h 함수 종류
    • atoi() : 문자열을 정수형으로 변환
    • atof() : 문자열을 실수형으로 변환
    • atol() : 문자열을 log형 정수로 변환
    • itoa() : 숫자를 문자열로 변환
    • ceil() : 자리 올림
    • floor() : 자리 버림
    • rand() : 난수 발생
    • div() : 정수 나눗셈

C언어 연산자의 특징

단항 연산자

  • ! : 부정(NOT)
  • ~ : 1의 보수(0->1, 1->0)를 구한다.
  • ++ : 1씩 증가를 의미한다.
  • -- : 1씩 감소를 의미한다.
  • & : 변수의 주소를 의미한다.
  • * : 변수의 내용을 의미한다.
  • sizeof : 변수, 변수형, 배열의 저장 장소의 크기를 Byte 단위로 구한다.

산술 연산자

  • 이항 연산자는 +, -는 *, /, % 보다 우선순위가 낮다.
  • % : 정수 나눗셈 연산 후 나머지를 구한다.

시프트(Shift) 연산자

  • <<는 비트를 왼쪽으로 이동시킨다.
  • >>는 비트를 오른쪽으로 이동시킨다.

관계 연산자

  • < : ~보다 작다.
  • > : ~보다 크다.
  • <= : ~보다 작거나 같다.
  • >\ : ~보다 크거나 같다.
  • == : ~와 같다.
  • != : ~와 같지 않다.

비트 연산자

  • & : 논리곱(AND)
  • | : 논리합(OR)
  • ^ : 배타적 논리합(XOR)

#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
    int a = 4;
    int b = 7;
    int c = a|b;
    printf("%d", c);
    return 0;
}
// 1. 변수 a와 b의 4, 7을 (2진수)비트 연산자 |(OR)로 연산한다.
// 2. 비트 연산자는 2진수로 변환 후 계산한다.
// 3. OR 연산자는 두 비트 중 1개라도 1이면 1이 출력된다.
//     0100 (10진수: 4)
// OR  0111 (10진수: 7)
// =   0111(둘 중 1개라도 1이면 1이기 때문에 10진수: 7)
// 4. 0111는 "%d" 출력 형식 지정 문자에 의해 10진수로 변환하면 7이 되어 출력된다.
//
// 2와 5를 가정할때
//     0010
// OR  0101
// =   0111

논리 연산자

  • ! : 논리 부정(NOT)
  • && : 논리곱(AND)
  • || : 논리합(OR)

조건 연산자

  • C언어에서 유일하게 3개의 피연산자를 갖는 삼항 연산자이다.
  • 조건식 ? 참일 경우 값 : 거짓일 경우 값
  • ex. big = a > b ? a:b; -> a와 b 중에서 큰 수가 big에 저장됨

Java 언어

  • 객체지향 언어이다.
  • 추상화, 상속화, 다형성과 같은 특징을 가진다.
  • 네트워크 환경에서 분산 작업이 가능하도록 설계되었다.
  • 특정 컴퓨터 구조와 무관한 가상 바이트 머신 코드를 사용하므로 플랫폼이 독립적이다.

Garbage Collector

  • S/W 개발 중 유효하지 않은 가비지 메모리가 발생한다. Java에서는 C언어와 달리 JVM 가비지 컬렉터가 불필요 메모리를 알아서 정리해준다.

Java 언어의 기본 자료형

분류예약어바이트 수비고
정수형byte1byte-127 ~ +128
short2byte-32,768 ~ +32,767
int4byte-2,147,483,648 ~ +2,147,483,648
long8byte-9,223,372,036,854,775,808 ~ +9,223,372,036,854,775,808
실수형float4byte단정도 실수형 (유효 자리는 7정도임)
double8byte배정도 실수형 (유효 자리는 15정도)
문자형char2byte유니코드 문자열 1자
논리형boolean1bytetrue,false

이스케이프 시퀀스(Escape Sequence)

문자의미기능
\nnew line커서를 다음 줄 처음으로 이동한다.
\rcarriage return커서를 현재 줄 처음으로 이동한다.
\ttab커서를 일정 간격만큼 띄운다.
\bbackspace커서를 뒤로 한 칸 이동한다.
\fform feed한 페이지 넘긴다.
'single quote작은따옴표를 출력한다.
"double quote큰따옴표를 출력한다.
\ \backslash역슬래시를 출력한다.

Java 접근 제한자(접근 제어자)

  • public : 모든 접근을 허용한다.
  • private : 같은 패키지에 있는 객체와 상속 관계의 객체들만 허용한다.
  • default : 같은 패키지에 있는 객체들만 허용한다.
  • protected : 현재 객체 내에서만 허용한다.

Java의 출력 함수

  • System.out.print() : 괄호 안을 출력하고 줄 바꿈을 안 한다.
  • System.out.printIn() : 괄호 안을 출력하고 줄 바꿈을 한다.
  • System.out.printf() : 변환 문자를 사용하여 출력한다.
  • 변환 문자(출력 형식 지정 문자)
  • %d : 10진 정수
  • %o : 8진 정수
  • %x : 16진 정수
  • %f : 실수형
  • %e : 지수형
  • %c : 문자
  • %s : 문자열

Java 언어 변수명 작성 규칙

  • 영문 대소문자(AZ, az), 숫자(0~9), '_', '$'를 혼용하여 사용할 수 있다.
  • 첫 글자는 영문자나 '_', '$'로 시작해야 한다.
  • 영문자는 대소문자를 구분한다.
  • 공백을 포함할 수 없다.
  • 예약어(Reserved Word)를 사용할 수 없다.

오버로딩(Overloading)과 오버라이딩(Overiding)

오버로딩(Overloading - 과적, 과부하)

  • 한 클래스 내에서 같은 메서드를 사용하는 것이다.
  • 같은 이름의 메서드를 여러 개 정의하면서 매개 변수의 유형과 개수가 달라지도록 하는 기술이다.

오버라이딩(Overriding - 다른 것보다 우선인)

  • 상속 관계의 두 클래스의 상위 클래스에서 정의한 메서드를 하위 클래스에서 변경(재정의)하는 것이다.
  • Java 언어에서는 static 메ㅓㅅ드의 오버라이딩을 허용하지 않는다.
  • 오버라이딩의 경우 하위 객체의 매개 변수 개수와 타입은 상위 객체와 같아야 한다.

스크립트 언어

  • 소스 코드를 컴파일 과정을 거치지 않고 실행할 수 있는 프로그래밍 언어이다.
  • 스크립트 언어에 내장된 번역기에 의해 번역되어 실행된다.
  • 실행 단계에서 구분을 분석한다.

스크립트 언어의 종류

  1. 서버 측 스크립트 언어
    • ASP(Active Server Page)
      • 서버 측에서 동적으로 수행되는 페이지를 만들기 위한 언어로 Windows 계열의 운영체제에서 실행 가능하다.
    • JSP(Java Server Page)
      • Java를 기반으로 하고 서버 측에서 동적으로 수행하는 페이지를 만드는 언어이다.
    • PHP(Professional Hypertext Preprocessor)
      • 소스 코드가 HTML 파일에 포함되는 언어이다.
      • 데이터베이스와의 연동이 매우 용이하다.
      • Linux, UNIX, Window 등의 다양한 운영 체제에서 사용 가능하다.
        • PHP 연산자
          • 산술 연산자 : +, -, *, /, %, **
          • 할당 연산자 : =, +=, -=, *=, /=, %=
          • 증감 연산자 : ++, --
          • 관계 연산자 : ==, ===, !=, <>, !==, >, <, >=, <=
          • 논리 연산자 : and, or, xor, &&, ||, !
    • 파이썬(Python)
      • 인터프리터 방식의 객체지향 언어이다.
      • 실행 시점에 데이터 타입을 결정하는 동적 타이핑 기능을 갖는다.
  2. 클라이언트 측 스크립트 언어
    • JavaScript
      • HTML 문서에서 HTML이나 CSS로 표현하기 어렵거나 불가능한 작업을 수행하기 위해 개발되었다.
      • 소스 코드가 HTML 문서에 포함되어 있다.
      • 클래스가 존재하지 않으며 변수 선언도 필요 없다.(?)
      • 사용자의 웹 브라우저에서 직접 번역되고 시랳ㅇ된다.
    • VBScript
      • 마이크로소프트가 개발한 액티브 스크립트 언어이다.
      • VBScript의 구분은 비주얼 베이직(Visual Basic) 프로그래밍 언어를 일부 반영한다.

파이썬(Python)

파이썬 변수명 작성 규칙

  • 영문 대소문자(AZ, az), 숫자(0~9), '_'를 혼용하여 사용할 수 있다.
  • 첫 글자는 영문자나 '_'로 시작해야 한다.
  • 영문자는 대소문자를 구분한다.
  • 공백을 포함할 수 없다.
  • 예약어(Reserved Word)를 사용할 수 없다.

문자열 추출

  • 하나의 문자를 추출하려면 추출하려는 문자의 인덱스(0부터 시작)을 지정한다.

string = 'hello python'

s1 = string[0]
print(s1) # 'h'

s2 = string[4]
print(s2) # 'o'

# 역순으로 맨 오른쪽의 인덱스는 -1이다.

s3 = string[-1]
print(s3) # 'n'

s4 = string[-6]
print(s4) # 'p'

# [:]는 처음부터 끝까지 추출한다.

s5 = string[:]
print(s5) # 'hello python'

# [x:] 인덱스 x부터 끝까지 추출한다.

s6 = string[6:]
print(s6) # 'python'

s7 = string[-6:]
print(s7) # 'python'

# [:y] 처음부터 인덱스 y-1 까지 추출한다.

s8 = string[:5]
print(s8) # 'hello'

# [x:y] 인덱스 x부터 y-1까지 추출한다.
s9 = string[4:7]
print(s9) # 'o p'

# [x:y:z] 인덱스 x부터 y-1까지 z만큼 건너뛰면서 추출한다.
s10 = string[:10:2]
print(s10) # 'hlopt'

s11 = string[1:10:2]
print(s11) # 'el yh'

운영체제(OS : Operating System)

  • 운영체제는 컴퓨터 사용자와 컴퓨터 하드웨어 간의 인터페이스로서 동작하는 시스템 소프트웨어이다.
  • 운영체제는 컴퓨터를 편리하게 사용하고 컴퓨터 하드웨어를 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.
  • 운영체제는 스스로 어떤 유용한 기능도 수행하지 않고 다른 응용 프로그램이 유용한 작업을 할 수 있도록 환경을 마련해준다.
  • 운영체제의 종류로는 MS-DOS, Windows 10, Linux, UNIX, OS/2, 안드로이드, IOS 등이 있다.

운영체제의 기능

  • 사용자와 시스템 간의 편리한 인터페이스를 제공한다.
  • 컴퓨터의 시스템의 성능을 최적화시킨다.
  • 자원의 효과적인 경영을 위해 스케줄링 기능을 제공한다.
  • 자원 보호 기능을 제공한다.
  • 시스템에서 발생하는 오류로부터 시스템을 보호한다.
  • 사용자들 간에 데이터를 공유할 수 있도록 한다.

운영체제의 목적

  1. 처리 능력(Throughput) 향상
    • 처리 능력은 일정 시간 내에 시스템이 처리하는 일의 양이다.
    • 처리 능력이 높을수록 처리하는 일의 양이 많아진다.
  2. 반환 시간(Turnaround Time)감소
    • 반환 시간은 컴퓨터 센터에 작업을 지시하고 나서부터 결과를 받을 때까지의 경과 시간이다.
    • 반환 시간이 감소될수록 처리 속도가 빨라진다.
  3. 신뢰도(Reliability) 향상
    • 신뢰도는 시스템이 주어진 문제를 정확하게 해결하는 정도이다.
    • 신뢰도가 높을수록 일을 정확하게 처리한다.
  4. 사용 가능도(Availability) 향상
    • 사용 가능도는 한정된 자원을 여러 사용자가 요구할 때, 어느 정도 신속하고 충분히 지원해 줄 수 있는지의 정도이다.
    • 사용 가능도가 높을수록 반환 시간이 감소한다.

운영체제의 운영 방식

  1. 일괄 처리 시스템(Batch Processing System)
    • 일정량 또는 일정 기간 동안 데이터를 한꺼번에 모아서 처리하는 방식이다.
    • 운영체제 운용 방식 중 시대적으로 가장 먼저 생겨났다.
    • ex. 수도요금 계산 업무, 월급 계산 업무 등
  2. 다중 프로그래밍 시스템(Multi programming System)
    • 컴퓨터 시스템 자원 활용률을 극대화하기 위해 2개 이상의 프로그램을 주기억 장치에 기억시키고 CPU를 번갈아 사용하면서 처리하는 방식이다.
  3. 시분할 시스템(Time Sharing System)
    • CPU의 전체 사용 시간을 작은 작업 시간량(Time Slice)으로 나누어서 그 시간량 동안만 번갈아 가면서 CPU를 할당하여 각 작업을 처리하는 방식이다.
    • 실제로 많은 사용자가 하나의 컴퓨터를 공유하고 있지만 마치 자신만이 컴퓨터 시스템을 독점하여 사용하고 있는 것처럼 느끼게 된다.
  4. 다중 처리 시스템(Multi-Processing System)
    • 동시에 프로그램을 수행할 수 있는 CPU를 두 개 이상 두고 각각 그 업무를 분담하여 처리할 수 있는 방식이다.
  5. 실시간 처리 시스템(Real Time Processing System)
    • 데이터 발생 즉시, 또는 데이터 처리 요구가 있는 즉시 처리하여 결과를 산출하는 방식이다.
    • 정해진 시간에 반드시 수행되어야 하는 작업들을 처리할 때 가장 정합하다.
    • ex. 항공기 예약 업무, 은행 창구 업무, 조회 및 질의 업무 등
  6. 다중 모드 시스템(Multi-mode System)
    • 일괄 처리 + 시분할 + 다중 처리 + 실시간 처리
  7. 분산 처리 시스템(Distributed Processing System)
    • 여러 대의 컴퓨터로 작업을 나누어 처리하여 그 내용이나 결과를 통신망을 이용하여 상호 교환되도록 연결하는 방식이다.

프로세스(Process)

프로세스의 정의

  • 실행 중인 프로그램이다.
  • 실행 가능한 PCB를 가진 프로그램이다.
  • 프로세서가 할당되는 실체이다.
  • 프로시저가 활동 중인 것이다.
  • 비동기적 행위를 일으키는 주체이다.

프로세스 제어 블록(PCB: Process Control Block)

  • 운영체제가 프로세스를 관리하기 위해 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장해 놓은 곳이다.
  • 프로세스가 생성될 때마다 고유의 PCB가 생성되며, 프로세스가 소멸되면 PCB도 소멸된다.
  • PCB에 저장되어 있는 정보 : 프로세스의 현재 상태, 프로세스의 우선순위, 프로세스에 할당된 자원에 대한 정보, CPU 레지스터 정보

프로세스 상태 전이

생성(New) -> 준비(Ready) -(디스패치-Dispatch)-> 실행(Run) -> 종료(Exit)
                ↑        <-(Timer Runout)-    ↙
             Wake Up            Block ←-------
                |           ↙
           대기(Blocked) ←--
  • 준비 상태(Ready State)
    • 프로세스가 CPU를 할당받기 위해 준비하고 있는 상태이다.
  • 실행 상태(Running State)
    • 준비 상태의 프로세스가 CPU를 할당받아 실행 중인 상태이다.
    • 디스패치(Dispatch) : 우선순위가 가장 높은 프로세스가 준비 상태에서 실행 상태로 전환되는 것이다.
    • 할당 시간 종료(Time Runout) : 실행 상태의 프로세스가 할당 시간(타이머)이 종료되어 준비 상태로 전환되는 것이다.
  • 대기 상태(Blocked State)
    • 실행 상태의 프로세스가 종료되기 전에 입/출력 등의 다른 작업이 필요할 경우 CPU를 반납하고 작업의 완료를 기다리는 상태이다.
    • 블록(Block) : 실행 상태에서 대기 상태로 전환되는 것이다.
    • 웨이크 업(Wake Up) : 대기 상태의 프로세스가 웨이크업(조건 만족)되면 준비 상태로 전환된다.

스레드(Thread)

  • 프로세스 내에서의 작업 단위로서 시스템의 여러 자원을 할당받아 실행하는 프로그램의 단위를 의미한다.
  • 하드웨어, 운영체제의 성능과 응용 프로그램의 처리율을 향상시킬 수 있다.
  • 한 개의 프로세스는 여러 개의 스레드를 가질 수 있다.

프로세스 스케줄링(Process Scheduling)

  • 프로세스의 생성 및 실행에 필요한 시스템의 자원을 해당 프로세스에 할당하는 작업이다.
  • 다중 프로그래밍 운영체제에서 자원의 성능을 향상시키고 효율적인 프로세서의 관리를 위해 작업 순서를 결정하는 것이다.

프로세스 스케줄링 기법

비선점(Non-Preemptive) 스케줄링

  1. FIFO(First in Fist Out)
    • 준비 상태 큐에 도착한 순서대로 CPU를 할당하는 기법이다.
    • FCFS(Fist Come First Service)라고도 한다.
  2. SJF(Shortest Job First)
    • 준비 상태 큐에서 기다리고 있는 프로세스들 중에서 실행 시간이 가장 짧은 프로세스에게 먼저 CPU를 할당하는 스케줄링 기법이다.
    • 평균 대기 시간을 최소화한다.
  3. HRN(Highest Responseratio Next)
    • 어떤 작업이 서비스받을 시간과 그 작업이 서비스를 기다린 시간으로 결정되는 우선순위에 따라 CPU를 할당하는 기법이다.
    • 우선순위 계산식 = (대기 시간 + 서비스를 받을 시간) / 서비스를 받을 시간
  4. 우선순위(Priority)
    • 준비 상태 큐에서 대기하는 프로세스에게 부여된 우선순위가 가장 높은 프로세스에게 먼저 CPU를 할당하는 기법이다.
    • 우선순위가 낮은 프로세스는 무한 정지(Indefinite Blocking)가 발생할 수 있으며, 에이징(Aging) 기법으로 이를 해결할 수 있다.

선점(Preemptive) 스케줄링

  • 한 프로세스가 CPU를 할당받아 실행 중이라도 우선순위가 높은 다른 프로세스가 CPU를 강제적으로 뺴앗을 수 있는 방식이다.
  • 긴급하고 높은 우선순위의 프로세스들이 빠르게 처리될 수 있다.
  • 선점을 위한 시간 배당에 대한 인터럽트용 타이머 클럭(Clock)이 필요하다.
  • 온라인 응용에 적합한 스케줄링이다.
  • 종류
    • RR(Round Robin)
      • 주어진 시간 할당량(Time Slice) 안에 작업을 마치지 않으면 준비 상태 큐의 가장 뒤로 배치된다.
      • 시분할 시스템(Time-sharing System)을 위해 고안된 방식이다.
      • 시간 할당량이 커지면 FCFS 스케줄링과 같은 효과를 얻을 수 있다.
      • 시간 할당이 작아지면 프로세스 문맥 교환이 자주 일어난다.
    • SRT(Shortest Remainig Time)
      • 작업이 끝나기까지의 실행시간 추정치가 가장 작은 작업을 먼저 실행시키는 기법이다.
      • FIFO 기법보다 평균 대기 시간이 감소된다.
      • 작업 시간이 큰 경우 오랫동안 대기하여야 한다.
    • 다단계 큐(Multi-Level Queue)
      • 프로세스들을 우선순위에 따라 상위, 중위, 하위 단계의 단계별 준비 상태 큐를 배치하는 기법이다.
    • 다단계 피드백 큐(Multi-Level Feedback Queue)
      • 각 준비 상태 큐마다 부여된 시간 할당량 안에 완료하지 못한 프로세스는 다음 단계의 준비 상태 큐로 이동하는 기법이다.

OST(Open Systems Interconnection) 7계층 ★★★

  1. 물리 계층(Physical Layer)
    • 물리적인 장치와 인터페이스가 전송을 위해 필요한 기계적, 전기적, 기능적, 절차적 기능을 정의하는 계층이다.
    • 장치와 전송 매체 간의 인터페이스 특성 규정, 전송 매체의 유형 규정, 전송로의 연결, 유지 및 해제를 담당한다.
    • 프로토콜 종류 : RS-232C, V.24, X.21
  2. 데이터 링크 계층(Data Link Layer)
    • 인접한 두 개의 통신 시스템 간에 신뢰성 있는 효율적인 데이터를 전송하는 계층이다.
    • 링크의 설정과 유지 및 종료를 담당한다.
    • 전송 데이터의 흐름 제어, 프레임 동기, 오류 제어 등을 수행한다.
    • 링크의 효율성을 향상시킨다.
    • 프로토콜 종류 : HDLC, PPP, LLC, LAPB, LAPD, ADCCP
  3. 네트워크 계층(Network Layer)
    • 통신망을 통해 패킷을 목적지까지 전달하는 계층.
    • 경로 설정 및 네트워크 연결 관리를 수행.
    • 과도한 패킷 유입에 대한 폭주 제어 기능을 한다.
    • 프로토콜 종류 : X.25, IP, ICMP, IGMP
  4. 전송 계층(Transport Layer)
    • 통신 종단 간(End-to-End) 신뢰성 있고 효율적인 데이터를 전송하는 계층이다.
    • 투명한 데이터 전송을 제공한다.
    • 에러 제어 및 흐름 제어를 담당한다.
    • 프로토콜 종류 : TCP, UDP
  5. 세션 계층(Session Layer)
    • 프로세스 간에 대한 연결을 확립, 관리, 단절시키는 수단을 제공한다.
    • 논리적 동기 제어, 긴급 데이터 전송, 통신 시스템 간의 회화 기능 등을 제공한다.
  6. 표현 계층(Presentation Layer)
    • 응용 간의 대화 제어(Dialogue Control)을 담당한다.
    • 응용 계층과 세션 계층 사이에서 데이터 변환을 담당한다.
    • 정보의 형식 설정, 암호화, 데이터 압축, 코드 변환, 문맥 관리 등의 기능을 수행한다.
    • 긴 파일 전송 중에 통신 상태가 불량하여 트랜스포트 연결이 끊어지는 경우 처음부터 다시 전송하지 않고 어디까지 전송이 진행되었는지를 나타내는 동기점을 이용하여 오류를 복구한다.
  7. 응용 계층(Application Layer)
    • 사용자에게 서비스를 제공한다.
    • 응용 프로세스와 직접 관계하여 일반적인 응용 서비스를 수행한다.
    • 프로토콜 종류 : HTTP, FTP, SMTP, Telnet, DNS

TCP/IP 프로토콜(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

  • 인터넷에 연결된 서로 다른 기종의 컴퓨터 간에 데이터 송/수신이 가능하도록 도와주는 표준 프로토콜이다.
  • TCP 프로토콜과 IP 프로토콜의 결합적 의미로서 TCP가 IP보다 상위층에 존재한다.
  • 접속형 서비스, 전이중 전송 서비스, 신뢰성 서비스를 제공한다.
  • 네트워크 환경에 따라 여러 개의 프로토콜을 허용한다.
  • TCP 프로토콜의 기본 헤더 크기는 20byte이고 60byte까지 확장 가능하다.
  • OSI 표준 프로토콜과 가까운 네트워크 구조를 가진다.
    • OSI 7계층 : 물리, 데이터, 네트워크, 전송, 세션, 표현, 응용 계층
    • TCP/IP 4계층 : 링크, 인터넷, 전송, 응용 계층

TCP(Transmission Control Protocol)

  • OSI 7계층의 전송 계층의 역할을 수행한다.
  • 서비스 처리를 위해 Multiplexing과 DeMultiplexing을 이용한다.
  • 전이중 서비스와 스트림 데이터 서비스를 제공한다.

IP(Internet Protocol)

  • OSI 7계층의 네트워크 계층에 해당하며 비신뢰성 서비스를 제공한다.

TCP/IP의 구조

링크 계층(Link Layer)

  • 프레임을 송/수신한다.
  • 프로토콜의 종류 : Ethernet, IEEE 802, HDLC, X.25, RS-232C 등

인터넷 계층(Internet Layer)

  • 주소 지정, 경로 설정을 제공한다.
  • 네트워크 계층이라고도 한다.
  • 프로토콜 종류 : IP, ICMP, IGMP, ARP, RARP 등
    • IP(Internet Protocol)
      • 비연결형 및 비신뢰성 전송 서비스를 제공한다.
      • 라우팅과 단편화 기능을 수행한다.
      • 데이터그램(Datagram)이라는 데이터 전송 형식을 가진다.
      • 각 데이터그램이 독립적으로 처리되고 목적지까지 다른 경로를 통해 전송될 수 있어 데이터그램은 전송 순서와 도착 순서가 다를 수 있다.
      • 비연결성이기 때문에 송신지가 여러 개인 데이터 그램을 보내면서 순서가 뒤바뀌어 도달할 수 있으며 IP 프로토콜의 헤더 길이는 최소 20~60byte이다.
    • ICMP(Internet Control Message Protocol)
      • IP 프로토콜에서는 오류 보고와 수정을 위한 메커니즘이 없기 때문에 이를 보완하기 위해 설계된 프로토콜이다.
      • 메시지는 크게 오류 보고(Error-Reporting) 메시지와 질의(Query) 메시지로 나눌 수 있다.
      • 메시지 형식은 8바이트의 헤더와 가변 길이의 데이터 영역으로 분리된다.
      • 에코 메시지는 호스트가 정상적으로 동작하는지를 결정하는데 사용할 수 있다.
      • 수신지 도달 불가 메시지는 수신지 또는 서비스에 도달할 수 없는 호스트를 통지하는데 사용한다.
    • IGMP(Internet Group Management Protocol)
      • 시작지 호스트에서 여러 목적지 호스트로 데이터를 전송할 때 사용되는 프로토콜이다.
      • 멀티캐스트 그룹에 가입한 네트워크 내의 호스트를 관리한다.
    • ARP 20.9(Address Resolution Protocol)
      • 논리 주소(IP 주소)를 물리 주소(MAC 주소)로 변환하는 프로토콜이다.
      • 네트워크에서 두 호스트가 성공적으로 통신하기 위해 각 하드웨워의 물리적인 주소 문제를 해결해 줄 수 있다.
    • RARP(Reverse Address Resolution Protocol)
      • 호스트의 물리 주소(MAC 주소)로부터 논리 주소(IP 주소)를 구하는 프로토콜이다.
      • IP 호스트가 자신의 물리 네트워크 주소(MAC)는 알지만 IP 주소를 모르는 경우, 서버에게 IP 주소를 요청하기 위해 사용한다.

전송 계층(Transport Layer)

  • 호스트 간 신뢰성 있는 통신을 제공한다.
  • 프로토콜 종류 : TCP, UDP
    • TCP 20.8(Transmission Control Protocol)
      • 신뢰성 있는 연결 지향형 전달 서비스를 제공한다.
      • 순서 제어, 에러 제어, 흐름 제어 기능을 제공한다.
      • 전이중 서비스와 스트림 데이터 서비스를 제공한다.
      • 메시지를 캡슐화(Encapsulation)와 역캡슐화(Decapsulation)한다.
      • 서비스 처리를 위해 다중화(Multiplexing)와 역다중화(Demultiplexing)를 이용한다.
    • UDP 20.9(User Datagram Protocol)
      • 비연결형 및 비신뢰성 전송 서비스를 제공한다.
      • 흐름 제어나 순서 제어가 없어 전송 속도가 빠르다.
      • 수신된 데이터의 순서 재조정 기능을 지원하지 않는다.
      • 복구 기능을 제공하지 않는다.

IP 주소 ★★★

IPv4(Internet Protocol version 4)

  • 32비트 길이의 IP주소이다.
  • 주소의 각 부분을 8비트씩 4개로 나눠서 10진수로 표현한다.
  • IP 주소 = 네트워크 주소(Netid) + 호스트 주소

IPv4의 주소 체계

  • 클래스 A
    • 0.0.0.0 ~ 127.255.255.255
    • 기본 서브넷 마스크 : 255.0.0.0
    • 국가나 대형 통신망에서 사용한다.
  • 클래스 B
    • 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
    • 기본 서브넷 마스크 : 255.255.0.0
    • 중대형 통신망에서 사용한다.
  • 클래스 C
    • 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
    • 기본 서브넷 마스크 : 255.255.255.0
    • 소규모 통신망에서 사용한다.
  • 클래스 D
    • 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
    • 멀티캐스트용으로 사용한다.
  • 클래스 E
    • 240.0.0.0 ~ 255.255.255.255
    • 실험용으로 사용한다.

IPv6(Internet Protocol version 6)

  • IPv4의 주소 부족 문제를 해결하기 위해 개발되었다.
  • 128비트 길이의 IP 주소이다.
  • 16비트씩 8개의 필드로 분리 표기된다.

IPv6의 장점

  • 인증 보안 기능을 포함하고 있어 IPv4보다 보안성이 강화되었다.
  • IPv6 확장 헤더를 통해 네트워크 기능 확장이 용이하다.
  • 임의의 크기의 패킷을 주고받을 수 있도록 패킷 크기 제한이 없다.
  • 멀티미디어의 실시간 처리가 가능하다.
  • 자동으로 네트워크 환경 구성이 가능하다.
  • 주소체계는 유니캐스트(Unicast), 애니캐스트(Anycast), 멀티캐스트(Multicast) 등 세 가지로 나뉜다.

IPv6의 통신 방식 20.6

  • 유니캐스트(Unicast)
    • 하나의 호스트에서 다른 하나의 호스트에게 전달하는 1:1 통신 방식이다.
  • 애니캐스트(Anycast)
    • 하나의 호스트에서 그룹 내의 가장 가까운 곳에 있는 수신자에게 전달하는 '1: 가장 가까운 1' 통신 방식이다.
  • 멀티캐스트(Multicast)
    • 하나의 호스트에서 네트워크상의 특정 그룹 호스트들에게 전달하는 1:N 통신 방식이다.

서브넷 마스크(Subnet Mask)

  • 네트워크를 작은 내부 네트워크로 분리하여 효율적으로 네트워크를 관리하기 위한 수단이다.
  • 서브넷 마스크는 32비트의 값으로 IP 주소를 네트워크와 호스트 IP 주소를 구분하는 역할을 한다.
  • 네트워크 ID에 해당하는 모든 비트를 1로 설정하며, 호스트 ID에 해당하는 모든 비트를 0으로 설정한다.
  • CIDR 표기 형식 : 10진수의 IP/네트워크 ID의 1비트의 개수

참조 : Github repository

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