[면접 준비] - 운영체제

🤗 모든 질문은 '아는대로 설명해주세요'가 베이스~!

 

🔔 프로세스와 쓰레드의 차이에 대해 설명해주세요.

• 프로세스는 실행 중인 프로그램을 말하며, 완벽히 독립적이기 때문에 메모리 영역(Code, Data, Heap, Stack)을 다른 프로세스와 공유하지 않습니다.
• 프로세스는 최소 1개의 쓰레드(메인 쓰레드)를 가지고 있습니다.

 

• 쓰레드는 프로세스 내에서 Stack만 따로 할당 받고, 그 이외의 메모리 영역(Code, Data, Heap)영역을 공유하기 때문에 다른 쓰레드의 실행 결과를 즉시 확인할 수 있습니다.
• 쓰레드는 프로세스 내에 존재하며 프로세스가 할당받은 자원을 이용하여 실행됩니다.

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🔔 멀티 프로세스와 멀티 쓰레드의 특징에 대해 설명해주세요.

• 멀티 프로세스는 하나의 프로세스가 죽어도 다른 프로세스에 영향을 끼치지 않고 계속 실행된다는 장점이 있지만 멀티 쓰레드보다 많은 메모리 공간과 CPU 시간을 차지한다는 단점이 있습니다.

 

• 멀티 쓰레드는 멀티 프로세스보다 적은 메모리 공간을 차지하고 문맥 전환이 빠르다는 장점이 있지만
  하나의 쓰레드에 문제가 생기면 전체 쓰레드가 영향을 받으며 동기화 문제도 있다는 단점이 있습니다.

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🔔 멀티 쓰레드의 동시성과 병렬성을 설명해주세요.

• 동시성은 멀티 작업을 위해 싱글 코어에서 여러 개의 쓰레드가 번갈아 실행하는 것을 말합니다.
  (동시에 실행하는 것처럼 보이지만 사실은 번갈아가며 실행하고 있는 것임)
• 병렬성은 멀티 작업을 위해 멀티 코어에서 한 개 이상의 쓰레드를 포함하는 각 코어들을 동시에 실행하는 것을 말합니다.

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🔔 멀티 쓰레드 환경에서의 주의사항을 설명해주세요.

• 다수의 쓰레드가 공유 데이터에 동시에 접근하는 경우에 상호배제 또는 동기화 기법을 통해 동시성 문제 또는 교착 상태가 발생하지 않도록 주의해야 합니다.

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🔔 데드락에 대해 설명해주세요.

• 둘 이상의 프로세스들이 자원을 점유한 상태에서 서로 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 요구하며 무한정 기다리는 상황을 말합니다.
• 예를 들어, 자원 A를 가진 프로세스 P1과 자원 B를 가진 프로세스 P2가 있을 때,
  P1은 B를 필요로 하고 P2는 A를 필요로 한다면
  두 프로세스는 서로 자원을 얻기 위해 무한정 기다리게 됩니다.
• 데드락의 4가지 조건
  1. 비선점 (Nonpreemptive) : 다른 프로세스의 자원을 뺏을 수 없음.
  2. 순환 대기 (Circular wait) : 두 개 이상의 프로세스가 자원 접근을 기다릴 때, 관계가 순환적 구조.
  3. 점유 대기 (Hold & Wait) : 공유 자원에 대한 접근 권한을 가진 채로 다른 자원에 대한 접근 권한을 요구.
  4. 상호 배제(Mutual Exclusion) : 한 번에 한 프로세스만 공유 자원에 접근 가능하며, 접근 권한이 제한적일 경우.

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🔔 콘보이 현상(convoy effect)이란 무엇이고, 콘보이 현상이 발생될 수 있는 CPU 스케줄러 알고리즘은 무엇인지 설명해주세요.

• 콘보이 현상이란 CPU 사용시간이 긴 프로세스에 의해 사용시간이 짧은 프로세스들이 오래 기다리는 현상으로
  ＂호위 효과 ” 라고도 하며, 이로 인해 평균 대기시간이 길어지게 된다.
• FCFS(First-Come First Served) 스케줄링은 비선점형으로, 순차적으로 먼저 큐에 들어온 작업부터 실행하므로 콘보이 현상이 발생할 수 있습니다.

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🔔 선점형 스케줄링과 비선점형 스케줄링의 차이를 설명해주세요.

• 선점형은 하나의 프로세스가 다른 프로세스 대신에 CPU를 차지할 수 있음을 말하고,
• 비선점형은 하나의 프로세스가 끝나지 않으면 다른 프로세스는 CPU를 사용할 수 없음을 말합니다.

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🔔 동기와 비동기의 차이에 대해 설명해주세요.

• 동기는 순차적, 직렬적으로 테스크를 수행하고, 비동기는 병렬적으로 테스크를 수행합니다.
• 예를 들어, 서버에서 데이터를 가져와서 화면에 표시하는 작업을 수행할 때,
  • 동기는 서버에 데이터를 요청하고 데이터가 응답될 때까지 이후 테스크들은 블로킹됩니다.
  • 비동기는 서버에 데이터를 요청한 이후 서버로부터 데이터가 응답될 때까지 대기하지 않고(Non-Blocking) 즉시 다음 테스크를 계속해 수행합니다.

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🔔 Critical Section(임계영역)에 대해 설명해주세요.

• 임계 영역이란 프로세스간에 공유자원을 접근하는데 있어 문제가 발생하지 않도록 한번에 하나의 프로세스만 이용하게끔 보장해줘야 하는 영역을 말합니다.
• 임계 영역 문제를 해결하기 위해서는 아래의 3가지 조건을 충족해야 합니다.

1. 상호 배제(Mutual exclution) - 하나의 프로세스가 임계 영역에 들어가 있다면 다른 프로세스는 들어갈 수 없어야 한다.
2. 진행(Progress) - 임계 영역에 들어간 프로세스가 없는 상태에서 들어가려 하는 프로세스가 여러 개라면 어느 것이 들어갈지 결정 해주어야 한다.
3. 한정 대기(Bounded waiting) - 다른 프로세스의 기아를 방지하기 위해, 한 번 임계 구역에 들어간 프로세스는 다음 번 임계 영역에 들어갈 때 제한을 두어야 한다.

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🔔 뮤텍스(Mutex)와 세마포어(Semaphore)의 차이에 대해 설명해주세요.

• 뮤텍스는 Lock을 사용해 하나의 프로세스나 쓰레드를 단독으로 실행하게 합니다.
• 세마포어는 공유자원에 세마포어 변수만큼의 프로세스(또는 쓰레드)가 접근할 수 있습니다.
  • 세마포어의 변수 → 공유자원의 개수를 나타내는 변수

 

• 현재 수행중인 프로세스가 아닌 다른 프로세스가 세마포어를 해제할 수 있습니다.
• 하지만 뮤텍스는 락(lock)을 획득한 프로세스가 반드시 그 락을 해제해야 합니다.

 

• 0과 1의 값만 갖는 세마포어 → 이진 세마포어(binary semaphore) (= 뮤텍스)
• 도메인 제한이 없는 세마포어(0,1 뿐만아니라 2,3,4 등의 값들 또한 가질 수 있는) → 카운팅 세마포어(counting semaphore)

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🔔 페이지 교체 알고리즘에 대해 설명해주세요.

• 페이징 기법으로 메모리를 관리하는 운영체제에서 필요한 페이지가 주기억장치에 적재되지 않았을 시(페이징 부재시) 어떤 페이지 프레임을 선택해 교체할 것인지 결정하는 방법을 페이지 교체 알고리즘이라고 합니다.
• FIFO(first in first out)
  • 가장 간단한 알고리즘으로, 메모리에 올라온 지 가장 오래된 페이지를 교체합니다. 간단하고, 초기화 코드에 대해 적절한 방법이며, 페이지가 올라온 순서를 큐에 저장합니다.
• 최적(Optimal) 페이지 교체
  • 앞으로 가장 오랫동안 사용되지 않을 페이지를 교체하는 알고리즘입니다. 최적 페이지 교체는 선행 조건이 있는데, 프로세스가 앞으로 사용할 페이지를 미리 알아야 한다는 것입니다. 이 조건은 실제 활용에선 알 방법이 없기 때문에 최적 알고리즘은 구현이 불가능한 알고리즘입니다. 때문에 연구를 목적으로 주로 사용됩니다.
• LRU(least-recently-used)
  • 가장 오래 사용되지 않은 페이지를 교체하는 알고리즘입니다. OPT 알고리즘의 방식과 비슷한 효과를 낼 수 있는 방법이며, OPT 알고리즘보다 페이지 교체 횟수가 높지만 FIFO 알고리즘 보다 효율적입니다.
• LFU(least-frequently-used)
  • 참조 횟수가 가장 작은 페이지를 교체하는 알고리즘입니다. 만약 대상인 페이지가 여러 개 일 경우, LRU 알고리즘을 따라 가장 오래 사용되지 않은 페이지로 교체합니다.
• MFU(most-frequently-used)
  • LFU 알고리즘과 반대로, 참조 횟수가 가장 많은 페이지를 교체하는 알고리즘입니다.
• LFU와 MFU는 실제 사용에 잘 쓰이지 않는다.
  • 구현에 상당한 비용이 들고,
  • 최적 페이지 교체 정책을 (LRU 만큼) 제대로 유사하게 구현해내지 못하기 때문이다.

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🔔 컨텍스트 스위칭(Context Switching)이 무엇인지 설명해주세요.

멀티프로세스 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 말합니다.

※ 컨텍스트? CPU가 해당 프로세스를 실행하기 위한 해당 프로세스의 정보들.

 

 

🔔 운영체제의 역할은 무엇인가요?

1. CPU 스케줄링과 프로세스 관리
2. 메모리 관리
3. 디스크 파일 관리
4. I/O 디바이스 관리

 

참고

https://dev-coco.tistory.com/164 [슬기로운 개발생활:티스토리]