운영체제는 이렇게 외우자! 정보처리기사 필수 OS 이론 정리

운영체제는 이렇게 외우자!

목차

• 1. 운영체제란 무엇인가요? 개념부터 구조까지 쉽게 이해하기
• 2. 프로세스와 스레드, 그 차이와 핵심 개념을 파악해요
• 3. 메모리 관리 기법, 페이지 교체 알고리즘 외우는 팁
• 4. CPU 스케줄링 알고리즘, 쉽게 외우는 비교 분석표
• 5. 입출력 시스템과 인터럽트, 헷갈리지 않게 정리해요
• 6. 정보처리기사 실전 대비 OS 이론 요약과 암기 팁

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1. 운영체제란 무엇인가요? 개념부터 구조까지 쉽게 이해하기

운영체제(Operating System, OS)는 컴퓨터 시스템의 하드웨어와 소프트웨어 자원을 관리하며, 사용자와 하드웨어 사이를 매끄럽게 이어주는 가장 중요한 시스템 소프트웨어 중 하나예요. 운영체제를 이해하는 건 마치 도로의 신호체계나 교통 경찰처럼, 시스템 내 각 요소들이 질서 있게 작동하게 만드는 규칙과 관리자 역할을 이해하는 것과 같다고 할 수 있어요. OS는 기본적으로 다음과 같은 기능들을 갖고 있어요. 첫 번째로는 프로세스 관리 기능이 있어요. 이건 CPU를 사용하는 여러 작업들이 동시에 진행될 수 있도록 관리해주는 기능이에요. 여러 개의 프로그램이 동시에 실행될 때, 어떤 작업에 CPU를 먼저 할당할 것인지 결정하고, 실행 중인 작업들을 효율적으로 배분하는 역할을 해요. 두 번째로는 메모리 관리 기능이 있어요. 이것도 매우 중요하답니다.

예를 들어 우리가 어떤 프로그램을 실행하면 해당 프로그램이 메모리(RAM)에 올라가요. 이때 운영체제는 어떤 프로그램이 어느 메모리 공간을 사용하는지를 추적하고, 다른 프로그램과 겹치지 않도록 조율해요. 그래서 충돌 없이 안정적으로 프로그램이 작동할 수 있답니다. 또한 파일 시스템 관리도 매우 중요한 기능 중 하나예요. 우리가 하드디스크에 파일을 저장하거나 불러올 때, 그 과정을 실제로 도와주는 건 운영체제랍니다. 운영체제는 각 파일이 어디에 위치해 있고, 어떤 형식으로 저장되어야 하는지를 알고 있어요. 이를 통해 파일을 빠르고 효율적으로 읽고 쓸 수 있게 도와주는 거예요.

마지막으로는 입출력 장치 관리가 있어요. 프린터, 키보드, 마우스, 모니터 등 우리가 사용하는 다양한 하드웨어들이 잘 작동하도록 운영체제가 중간에서 소통 역할을 해줘요. 모든 하드웨어가 알아들을 수 있는 공통된 언어로 명령을 해석하고 전달해주는 그런 통역사 역할을 한다고 보면 돼요. 운영체제는 종류도 다양한데요, Windows, Linux, macOS 등이 대표적인 예예요.

정보처리기사 시험에서는 특히 UNIX 계열 시스템과 Linux에 대한 개념이 자주 나오므로 해당 부분도 꼼꼼하게 살펴보시는 게 좋아요. OS는 컴퓨터 시스템 전체를 통제하고 운영하는 핵심 중의 핵심이에요. 기본 개념을 먼저 이해한 다음, 하드웨어 자원 관리가 어떻게 이루어지는지를 단계적으로 공부하면 더욱 기억에 오래 남고 실기 시험에서도 큰 도움이 될 거예요.

2. 프로세스와 스레드, 그 차이와 핵심 개념을 파악해요

운영체제를 공부하다 보면 반드시 마주하게 되는 개념 중 하나가 바로 프로세스(Process)와 스레드(Thread)예요. 이 두 용어는 얼핏 보면 비슷한 것 같지만, 실은 시스템의 동작 방식에 있어 아주 핵심적인 차이를 갖고 있어요. 그리고 이 차이를 정확하게 이해하는 것이 정보처리기사 시험에서도, 실제 시스템 개발에서도 매우 중요하답니다. 먼저 프로세스는 우리가 어떤 프로그램을 실행했을 때 그 프로그램이 시스템에서 하나의 독립된 작업 단위로 인식되는 걸 말해요. 예를 들어 우리가 메모장 앱을 켰다면, 그 순간 메모장은 하나의 프로세스로 등록되어 CPU의 스케줄링 대상이 되는 거예요.

이 프로세스는 메모리 공간, 코드, 데이터, 시스템 자원 등을 자신만의 것으로 가지고 있어요. 마치 독립된 하나의 생명체처럼 작동한다고 생각하시면 이해가 쉬워요.

반면 스레드는 프로세스 내부에서 실제 일을 처리하는 실행 단위라고 보시면 돼요. 하나의 프로세스는 하나 이상의 스레드를 가질 수 있고, 이들은 같은 메모리 공간을 공유하면서 동시에 여러 작업을 수행할 수 있어요. 그래서 스레드는 경량 프로세스라고도 불러요. 자원을 공유하면서도 병렬적으로 실행할 수 있기 때문에 효율적인 멀티태스킹이 가능해지는 거죠. 프로세스 간에는 메모리나 자원 공유가 불가능하고, 데이터를 주고받으려면 IPC(Inter-Process Communication)이라는 복잡한 통신 방법이 필요해요. 반면 스레드는 동일한 프로세스 내에 있기 때문에 데이터나 변수, 메모리 등을 자유롭게 공유할 수 있어서, 속도가 훨씬 빠르고 간단하게 작업할 수 있답니다.

대신 하나의 스레드에 문제가 생기면, 그 스레드가 속한 프로세스 전체가 영향을 받을 수 있는 위험도 존재해요. 운영체제에서 스레드를 사용하는 가장 큰 이유는 시스템 자원을 절약하면서 응답성을 높이기 위해서예요.

예를 들어 웹 브라우저에서 탭을 여러 개 열어도 시스템이 빠르게 반응하는 건 각 탭이 스레드로 구현되어 있어 멀티작업이 가능하기 때문이에요. 이처럼 스레드는 현대 소프트웨어 시스템에서 빠질 수 없는 핵심 요소랍니다. 정보처리기사 시험에서는 프로세스와 스레드의 개념 차이, 구조도, 공유 여부, 통신 방식, 장단점 등을 비교하는 문제가 자주 출제돼요.

실제로 "다중 스레드를 사용했을 때의 이점은?" 혹은 "프로세스와 스레드 간 자원 공유 방식의 차이는?" 같은 문항이 실기에서 등장하곤 해요. 따라서 단순히 정의만 외우기보다는, 구조와 동작 방식의 차이를 그림이나 시각적 도식으로 함께 정리해두면 더 오래 기억할 수 있어요. 결론적으로 프로세스는 시스템 자원을 독립적으로 사용하는 실행 단위이고, 스레드는 그 프로세스 안에서 동작하는 작업 실행 단위라고 이해하시면 좋아요. 이 두 개념을 명확히 구분할 수 있다면 운영체제의 다른 개념들도 더욱 수월하게 이해하실 수 있을 거예요.

3. 메모리 관리 기법, 페이지 교체 알고리즘 외우는 팁

운영체제를 공부하다 보면 ‘메모리 관리’라는 단어가 자주 등장해요. 그리고 이 파트는 정보처리기사 실기 시험에서도 빠지지 않는 단골 주제랍니다. 우리가 사용하는 프로그램들이 실행되려면 모두 주기억장치(RAM)에 올라가야 하기 때문에, 이를 얼마나 효율적으로 배분하고 관리하느냐가 시스템 전체의 성능에 큰 영향을 미치게 돼요. 그래서 메모리 관리 기법은 단순한 암기가 아니라, 흐름을 이해하고 이미지화하는 것이 중요해요.

먼저 기본적인 메모리 관리 방식으로는 연속 할당 방식과 페이징(paging), 세그먼테이션(segmentation)이 있어요. 연속 할당은 말 그대로 메모리를 연속된 공간에 할당하는 기법인데요, 가장 먼저 할당되는 위치를 찾는 방식에 따라 First Fit, Best Fit, Worst Fit 같은 세부 전략으로 나뉘어요.

이 중에서도 First Fit이 가장 빠르지만, 공간의 조각화가 일어날 수 있다는 단점이 있어요. 그다음으로는 가장 많이 나오는 페이징 기법이 있어요. 이는 물리적인 메모리를 일정한 크기의 페이지로 나누고, 프로세스 역시 같은 크기의 페이지로 나누어 관리하는 방식이에요. 이렇게 하면 프로세스가 연속된 공간이 아닌 비연속적인 물리 메모리에 저장될 수 있어서 메모리 공간을 더 효율적으로 사용할 수 있어요. 그러나 이 방식의 단점은 내부 단편화가 발생할 수 있다는 점이에요.

세그먼테이션은 페이징과는 달리 프로세스를 의미 단위로 나누는 방식이에요. 예를 들면 코드, 데이터, 스택 등을 각각의 세그먼트로 나누고, 해당 세그먼트에 주소를 부여해요. 그래서 조금 더 논리적인 접근이 가능하고, 프로그래머 입장에서는 더 이해하기 쉬운 구조라고 할 수 있어요. 하지만 이는 외부 단편화의 위험이 크고, 구현이 조금 더 복잡하다는 단점이 있어요. 이제 페이지 교체 알고리즘으로 넘어가 볼게요. 이 부분은 실기에서 암기해야 할 대표 영역이기도 해요. 가장 기본이 되는 건 FIFO(First In First Out)예요. 말 그대로 가장 먼저 들어온 페이지를 가장 먼저 교체하는 방식이에요.

간단하지만 성능은 그다지 좋지 않다는 단점이 있지요. 다음으로는 LRU(Least Recently Used)가 있어요. 이는 가장 오랫동안 사용되지 않은 페이지를 교체하는 방식이에요. 현실적인 상황을 잘 반영하고 있어서, 일반적으로 성능이 좋은 편이에요. 다만 구현이 복잡하다는 단점이 있고, 하드웨어의 지원이 필요할 수도 있어요. 이외에도 Optimal 알고리즘도 있어요. 이는 앞으로 사용되지 않을 페이지를 교체하는 방식으로, 이론상 가장 완벽한 성능을 보여줘요. 하지만 실전에서는 미래를 예측할 수 없기 때문에 실제 운영체제에서 사용되기는 어려워요.

그 대신 비교 기준이나 시험 문제에서 이론적 최적 성능으로 자주 언급돼요. 이 모든 알고리즘을 암기할 때는 단순히 외우기보다는, 도표나 표 형태로 정리해서 비교해 보는 걸 추천드려요. 예를 들어 ‘각 알고리즘의 장단점, 사용 시기, 구현 난이도’ 등을 표로 만들면 훨씬 빠르게 기억할 수 있어요. 그리고 문제에 자주 등장하는 상황별 시나리오를 연습해보는 것도 실력을 키우는 데 큰 도움이 되지요. 메모리 관리와 페이지 교체 알고리즘은 운영체제의 복잡한 부분이지만, 하나하나 흐름을 이해하고 핵심 원리를 파악하면 충분히 극복할 수 있어요. 꼭 암기보다는 논리 흐름과 비교 중심의 학습을 하시는 걸 추천드려요.

4. CPU 스케줄링 알고리즘, 쉽게 외우는 비교 분석표

운영체제 공부를 하다 보면 반드시 마주치는 개념 중 하나가 바로 CPU 스케줄링(CPU Scheduling)이에요. 정보처리기사 시험에서도 자주 출제되는 핵심 주제이기 때문에, 알고리즘 간의 차이점과 특성을 정확하게 파악해두는 것이 아주 중요해요. 이 부분은 단순히 공식처럼 외우기보다는, 현실적인 상황에 적용해보는 식의 이해 중심 학습이 기억에 오래 남는답니다. CPU 스케줄링은 여러 프로세스가 CPU를 사용하려고 할 때, 어떤 프로세스에 CPU를 먼저 할당할지를 결정하는 알고리즘이에요. 여기서 중요한 건 각 알고리즘이 ‘공평성’, ‘응답 속도’, ‘처리량’ 같은 성능 지표에 따라 각기 다른 결과를 만들어낸다는 점이에요.

그래서 상황에 따라 어떤 스케줄링이 유리할지 분석하는 문제도 종종 출제되곤 해요. 가장 기본적인 스케줄링 방식은 FCFS(First Come First Served)예요. 말 그대로 먼저 도착한 프로세스부터 처리하는 방식이에요. 이해는 쉽지만, 긴 작업이 먼저 들어오면 그 뒤에 있는 짧은 작업들이 불필요하게 대기하는 Convoy 효과가 발생해서 평균 대기시간이 길어질 수 있어요. 그래서 실제 시스템에서는 잘 사용되지 않지만, 시험에서는 반드시 알아야 해요. 그다음으로는 SJF(Shortest Job First)가 있어요. 실행 시간이 짧은 작업부터 먼저 처리하는 방식인데요, 이론적으로 평균 대기시간이 가장 짧다는 장점이 있어요. 하지만 실행 시간을 사전에 알아야 하기 때문에 실제 적용이 어렵고, 긴 작업이 계속 뒤로 밀릴 수 있다는 단점도 존재해요. 만약 SJF에서 선점형으로 바꾸면 SRT(Shortest Remaining Time)이라는 알고리즘이 되는데, 이는 실행 중인 프로세스보다 더 짧은 작업이 들어오면 CPU를 뺏어서 교체하는 방식이에요. 다음은 우선순위(Priority) 기반 알고리즘이에요. 각 프로세스에 우선순위를 부여하고, 우선순위가 높은 작업부터 실행하는 방식이에요.

이때도 선점형과 비선점형으로 나뉘는데요, 선점형의 경우 높은 우선순위 작업이 들어오면 실행 중인 작업을 중단시키고 교체해요. 단, 낮은 우선순위 작업이 계속 대기할 경우 기아 현상(Starvation)이 발생할 수 있어요. 이를 해결하기 위한 방법으로는 노화(Aging) 기법이 있는데, 오래 기다린 프로세스의 우선순위를 점점 높여주는 방식이에요. 또 하나 많이 등장하는 알고리즘은 Round Robin이에요. 이는 각 프로세스에 동일한 시간 할당량을 주고, 그 시간만큼 실행한 후 다음 프로세스로 넘어가는 방식이에요. 공정성을 강조하는 시스템에서 많이 사용되고, 응답 시간이 일정해서 인터랙티브한 시스템에 적합해요. 하지만 시간 할당량(Quantum)을 너무 작게 주면 오버헤드가 많아지고, 너무 길면 비선점형처럼 돼버릴 수 있으므로 적절한 조절이 필요해요. 마지막으로는 다단계 큐(Multilevel Queue)와 다단계 피드백 큐(Multilevel Feedback Queue)가 있어요. 전자는 작업의 특성에 따라 큐를 나눠서, 각 큐마다 서로 다른 스케줄링 정책을 사용하는 방식이에요. 후자는 다단계 큐에 피드백 개념을 도입해서, 작업의 행동 패턴에 따라 큐를 이동하게 만들어요.

이 알고리즘은 복잡하지만 유연성 면에서 매우 뛰어나기 때문에, 실제 운영체제에서 많이 활용되고 있어요. 이러한 알고리즘들을 암기할 때는 단순 나열보다는 비교 분석표를 만들어서 각 항목을 기준별로 정리해보는 것이 좋아요. 예를 들면 "선점 여부", "필요 정보", "평균 대기시간", "공정성", "적용 환경" 등을 기준으로 표를 만들어 정리하면 훨씬 쉽게 암기할 수 있어요. 시험 문제도 보통 이러한 표 기반의 상황 분석 문제로 출제되기 때문에 비교 중심 사고가 반드시 필요해요. 결론적으로 CPU 스케줄링 알고리즘은 단순 암기가 아닌 비교 이해와 적용을 통해 학습하는 것이 합격의 핵심이에요. 현실적인 시스템에 어떻게 적용되는지를 예시로 생각해보며 학습하신다면, 관련 문제가 나와도 당황하지 않고 정확하게 풀이하실 수 있을 거예요.

5. 입출력 시스템과 인터럽트, 헷갈리지 않게 정리해요

운영체제에서 입출력 시스템(I/O System)은 생각보다 훨씬 중요해요. 우리가 컴퓨터를 사용할 때 키보드를 누르거나, 마우스를 클릭하거나, 프린터를 사용할 때 모두 이 입출력 장치와 운영체제 간의 협력이 이루어지고 있는 거예요. 정보처리기사 시험에서는 이 입출력 구조와 함께 인터럽트(Interrupt) 개념이 자주 출제되는데, 두 개념이 서로 깊게 얽혀 있어서 함께 정리해두는 게 좋아요. 우선 입출력 시스템은 CPU와 주변 장치 간의 데이터를 주고받는 구조를 의미해요. 그런데 주변 장치는 CPU보다 속도가 매우 느리기 때문에, 단순하게 CPU가 입출력 완료를 기다리는 방식은 매우 비효율적이에요.

그래서 운영체제는 효율적인 입출력을 위해 다양한 기법을 사용해요. 대표적으로 프로그램에 의한 I/O, 인터럽트 기반 I/O, DMA(직접 메모리 접근) 같은 방식들이 있어요. 프로그램에 의한 I/O는 가장 원시적인 방식이에요. CPU가 입출력 장치의 상태를 계속 확인하면서 데이터를 전송하거나 수신하는 방식이에요. 이걸 폴링(polling)이라고 부르기도 해요. 하지만 CPU가 대기하는 시간이 너무 길어지는 단점이 있어서 현대 시스템에서는 거의 사용되지 않아요.

인터럽트 기반 I/O는 CPU가 다른 작업을 수행하는 도중에 입출력 장치가 완료되면 신호를 보내 CPU의 주의를 끄는 방식이에요. 이 방식은 CPU가 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 도와주기 때문에, 실제 시스템에서 많이 사용돼요. 이때 발생하는 '신호'가 바로 인터럽트예요. 인터럽트는 말 그대로 어떤 사건이 발생했을 때 현재 작업을 잠깐 멈추고, 해당 사건을 처리하는 것을 말해요. 예를 들어, 프린터가 인쇄를 완료했거나 키보드에서 입력이 들어오면, 그 사실을 운영체제에 알리기 위해 인터럽트가 발생해요. 그러면 CPU는 현재 수행 중이던 작업을 저장하고, 인터럽트 핸들러로 이동해서 해당 사건을 처리해요.

인터럽트는 하드웨어 인터럽트와 소프트웨어 인터럽트로 나뉘어요. 하드웨어 인터럽트는 외부 장치에 의해 발생하는 인터럽트이고, 소프트웨어 인터럽트는 프로그램 코드에 의해 인위적으로 발생시킬 수 있는 거예요. 예를 들어 시스템 호출(system call)도 일종의 소프트웨어 인터럽트랍니다. 또한 인터럽트는 우선순위를 가질 수 있어요. 예를 들어 긴급한 전원 이상 신호는 키보드 입력보다 우선적으로 처리되어야겠죠? 그래서 운영체제는 인터럽트를 우선순위 큐(Priority Queue)처럼 관리하고, 더 중요한 사건이 발생하면 먼저 처리하는 구조로 설계돼 있어요. 입출력 방식 중 가장 효율적인 방식은 DMA(Direct Memory Access)예요. 이는 입출력 장치가 CPU를 거치지 않고 메모리와 직접 데이터를 주고받는 구조예요.

이렇게 하면 CPU의 개입이 줄어들기 때문에 전체 시스템 속도가 개선돼요. 물론 DMA는 하드웨어적인 지원이 필요하고, 충돌을 방지하기 위한 복잡한 설계가 필요하긴 해요. 정보처리기사 시험에서는 인터럽트의 처리 순서, 입출력 방식 간의 차이, DMA 구조, 인터럽트 종류 등을 묻는 문제가 자주 등장해요. 그래서 암기보다는 상황을 떠올려보면서 “왜 이런 구조가 필요할까?”라고 스스로 질문하면서 학습하면 더 잘 외워지고 실제 문제에서도 응용할 수 있어요.

6. 정보처리기사 실전 대비 OS 이론 요약과 암기 팁

운영체제를 학습하면서 가장 어려운 점 중 하나는 방대한 분량과 복잡한 용어들이죠. 특히 정보처리기사 시험을 준비하시는 분들은 제한된 시간 안에 많은 개념들을 기억하고 문제에 적용해야 하기 때문에 체계적인 요약과 효과적인 암기 전략이 매우 중요해요. 이 마지막 챕터에서는 지금까지 정리한 내용을 기반으로 어떻게 실전에서 활용하고, 더 효율적으로 기억할 수 있을지에 대한 팁들을 나눠보려 해요. 먼저, 운영체제 이론을 정리할 때는 단순한 요약 노트보다는 카테고리별로 시각화하는 것이 좋아요. 예를 들어 ‘프로세스와 스레드’는 구조와 차이를 도식화해서 비교하고, ‘CPU 스케줄링 알고리즘’은 표로 정리하여 각 알고리즘의 특징과 우선순위, 선점 여부 등을 한눈에 보이게 만들면 암기 효율이 훨씬 높아져요. 또한 각 개념마다 “왜 이런 구조가 필요할까?”라는 질문을 던져보는 습관을 들이시면 기억에 오래 남아요.

단순히 “이건 이런 거다”라고 외우는 것이 아니라, 실제 컴퓨터 시스템이 작동하는 모습을 상상하면서 “이 기능이 없으면 시스템에 어떤 문제가 생길까?”라는 관점에서 접근해보세요. 이렇게 이해 중심의 암기 방식은 단기 기억을 넘어 장기 기억으로 이어지는 효과가 있어요. 암기 방법으로는 에빙하우스의 망각곡선을 활용하는 것도 추천드려요. 예를 들어 오늘 OS 이론을 정리했다면, 내일 10분 복습, 3일 후 5분 복습, 7일 후 다시 확인하는 방식으로 복습 스케줄을 구성하는 거예요.

이렇게 하면 처음 공부한 내용을 잊지 않고 꾸준히 기억에 각인시킬 수 있답니다. 또한 정보처리기사 기출문제를 많이 풀어보는 것도 효과적이에요. 기출문제는 단순히 ‘맞히는 것’보다 문제가 요구하는 사고 흐름을 익히는 데 초점을 맞춰야 해요. 예를 들어 ‘운영체제의 역할’에 관한 문제라면, 단순한 암기보다는 OS가 시스템에서 어떤 기능을 하고 왜 그 기능이 중요한지 설명해보는 연습을 해보시는 걸 추천드려요. OS 이론이 워낙 방대하다 보니 모두 다 외우기보다는, 시험에 자주 출제되는 파트 중심으로 전략적으로 접근하는 게 좋아요. 예를 들어 프로세스와 스레드, 스케줄링 알고리즘, 메모리 관리, 인터럽트, 입출력 시스템 등은 출제 비중이 매우 높기 때문에 이 부분은 100% 이해 + 암기를 목표로 해야 해요.

그리고 개인적으로 추천드리고 싶은 건 퀴즈 형식으로 외우기예요. 예를 들어 “CPU 스케줄링 중 Convoy 효과가 발생할 수 있는 알고리즘은?” 같은 문제를 스스로 만들어서 친구나 스터디 멤버들과 질문-답변을 반복하다 보면 훨씬 재미있고 오래 기억돼요. 지루한 암기 대신 게임하듯 학습하는 게 요즘 시대에는 더 잘 맞는 학습법이기도 하죠. 마지막으로, 꼭 기억하셔야 할 점은 ‘완벽한 암기’보다도 문제를 정확하게 이해하고 응용할 수 있는 능력이에요. 운영체제는 원리를 묻는 시험이기 때문에, 본질을 이해하고 나면 응용 문제도 어렵지 않게 풀 수 있어요.

그리고 시험장에서는 모르는 문제가 나와도 당황하지 말고, 문제의 문맥과 보기 간의 논리를 하나씩 비교해보면 정답이 보이기 시작할 거예요. 운영체제 이론은 어렵고 방대하지만, 분명히 여러분도 충분히 정복하실 수 있어요. 차분하게, 논리적으로, 그리고 자신감을 가지고 접근하신다면 정보처리기사 합격은 더 이상 먼 꿈이 아니에요. 지금까지 잘 따라오셨다면 이미 큰 산을 넘으신 거랍니다. 끝까지 응원할게요!