운영 체제란 무엇인가요?

사용자는 운영 체제가 이해할 수 있는 언어로 명령을 내리는 사용자 인터페이스(UI)를 통해 운영 체제와 상호 작용합니다. UI는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 또는 명령줄 인터페이스(CLI)일 수 있습니다. 수십억 명의 사람들이 이메일 보내기, 인터넷 검색, 비디오 게임 플레이 등과 같은 작업을 위한 기본 관리 시스템으로 운영 체제에 의존하고 있습니다.

메인프레임에서 데스크톱, 모바일 장치에 이르기까지 모든 컴퓨터 시스템에는 작업을 수행하고, 애플리케이션을 실행하고, 하드웨어와 상호 작용하기 위한 운영 체제가 하나 이상 필요합니다.

Statista 보고서에 따르면 Microsoft Windows는 전 세계에서 가장 널리 사용되는 운영 체제로, 데스크톱, 태블릿, 콘솔 OS 시장의 67%를 차지하고 있습니다.¹ Apple의 macOS는 이 카테고리에서 2위를 차지했습니다.

안드로이드는 모바일 OS 부문에서 약 72.04%의 시장 점유율로 선두를 달리고 있으며, 애플의 iOS는 27.49%로 2위를 차지하고 있습니다.²

오픈 소스 소프트웨어 세계에서 Linux는 유연성과 보안성으로 인해 조직과 개인 모두에게 널리 선호되는 가장 인기 있는 솔루션입니다.

운영 체제(OS)의 역사는 작업 관리를 위해 맞춤형 시스템 소프트웨어가 필요했던 초기 컴퓨터에서 시작되었습니다. 처음에는 단순하고 배치 지향적이었던 운영 체제는 하드웨어와 소프트웨어의 발전에 힘입어 멀티태스킹 및 대화형 인터페이스를 지원하도록 발전했습니다.

1950년대 집적 회로(IC)의 발명은 마이크로칩으로 이어졌고, 마이크로칩은 처리 능력을 높이고 컴퓨터 크기를 줄여 더 복잡한 작업을 가능하게 했습니다. 1964년, IBM은 IBM System/360을 위해 어셈블리 프로그래밍 언어에 기반한 OS/360을 도입했습니다. OS/360은 메인프레임 전반에 걸쳐 소프트웨어를 표준화하여 미래의 OS 설계에 영향을 미쳤습니다. 또한 OS/360은 단일 프로세서 시스템에서 수많은 프로그램을 동시에 실행할 수 있는 최초의 다중 프로그래밍 운영 체제였습니다.

시간이 지남에 따라 OS/360은 IBM 메인프레임을 위한 최신 OS인 z/OS로 발전했습니다. (오늘날의 IBM Z 메인프레임은 Linux와 z/TPF에서도 구동되며, 하나의 메인프레임에서 여러 운영 체제가 동시에 실행되는 경우가 많습니다.)

1960\~70년대에 개발된 시분할 운영 체제인 유닉스(Unix)는 멀티태스킹, 이식성, 계층적 파일 시스템과 같은 개념을 도입함으로써 현대 운영 체제의 중요한 선례를 마련했으며, 이러한 개념들은 오늘날 시스템의 기반이 되고 있습니다.

1980년대 후반과 1990년대에 그래픽 처리를 담당하는 그래픽 처리 장치(GPU)가 도입되었습니다. 특히 2000년대에 GPU가 범용 컴퓨팅을 지원하도록 발전함에 따라 Apple과 Microsoft를 비롯한 회사들은 GPU를 운영 체제에 더 깊이 통합하기 시작했습니다. 오늘날 GPU는 대부분의 컴퓨팅 시스템에서 표준 기능으로 자리 잡았으며, 게임과 멀티미디어부터 과학 컴퓨팅과 머신 러닝(ML)까지 모든 것을 구동합니다.

특히 클라우드 컴퓨팅에서 효율성과 확장성 향상에 대한 요구가 커짐에 따라 가상화 및 컨테이너화와 같은 혁신이 등장했습니다. 가상화를 통해 여러 개의 가상 머신(VM)을 하나의 물리적 머신에서 실행할 수 있습니다. 하이퍼바이저는 전체 OS가 필요 없이 리소스 관리와 메모리 할당을 처리하여 가벼운 운영 체제처럼 작동함으로써 가상 머신을 관리합니다. VMware는 가상화 및 하이퍼바이저 시장의 선두주자로 꼽힙니다.

컨테이너화는 가상화를 기반으로 격리된 애플리케이션을 실행할 수 있는 보다 가벼운 접근 방식을 제공합니다. VM과 달리 컨테이너에는 운영 체제의 전체 사본이 포함되지 않습니다. 대신, 컨테이너 런타임 엔진(예: Docker)이 호스트 시스템의 운영 체제에 설치되어, 모든 컨테이너가 동일한 운영 체제를 공유할 수 있도록 해주는 인터페이스 역할을 합니다. 이 기능은 컨테이너가 운영 체제를 가상화할 수 있게 해주며, 애플리케이션과 그에 필요한 종속 항목들이 단일 운영 체제 상에서 독립적으로 실행될 수 있도록 하여 리소스 효율성을 향상시킵니다.

단일 사용자와 기업 컨텍스트에서 운영 체제(OS)는 하드웨어와 소프트웨어를 관리하고 조정하여 사용자가 효과적으로 상호 작용할 수 있는 환경을 제공합니다. 기업 환경에서 OS는 다음을 포함하여 조직 전반의 여러 사용자, 프로세스 및 서비스를 지원하는 대규모 작업을 지원합니다.

• 프로세스 관리: 운영 체제는 스케줄링, 동기화 및 프로세스 간 통신과 같은 작업을 포함하여 여러 프로세스 및 스레드의 실행을 관리합니다. 사용자 애플리케이션은 시스템 호출을 통해 OS와 상호 작용하여 프로세스를 생성, 관리, 종료하고 프로세스 간 통신을 용이하게 합니다. 예를 들어, 통합 중심 비즈니스 프로세스 관리(BPM)에서 OS는 다양한 소프트웨어 시스템 간의 원활한 상호 작용을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. IT 팀 또는 시스템 운영자가 CRM 시스템을 다른 엔터프라이즈 애플리케이션과 통합하면 OS가 API를 관리하고 리소스를 할당하며 데이터 흐름을 보호하여 인간의 개입을 최소화하면서 프로세스를 자동화할 수 있습니다.

• 메모리 관리: OS는 컴퓨터 메모리를 할당하고 제어합니다. 프로그램이 다른 프로그램을 방해하지 않고 실행할 수 있는 충분한 리소스를 갖도록 합니다. 필요에 따라 페이징과 스와핑을 사용하여 데이터를 이동함으로써 기본 메모리(RAM)와 보조 스토리지(하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브)를 모두 효율적으로 처리합니다.

• 파일 시스템 관리: OS는 파일을 구성 및 검색하고 디렉터리, 파일 이름 지정 및 권한을 관리합니다. 데이터 검증, 체크섬, 오류 정정 코드 등의 메커니즘을 통해 데이터 무결성을 보장합니다.

• 장치 관리: OS는 입출력(I/O) 장치(예: 키보드, 디스크 드라이브, 프린터, 모니터)를 관리하여 소프트웨어가 하드웨어 구성 요소와 상호 작용할 수 있는 인터페이스를 제공합니다. 가상 환경에서는 VM, 가상 스위치 등이 여기에 포함됩니다.

• 보안 및 액세스 제어: OS는 인증, 암호화 및 사용자 권한 설정을 포함한 보안 프로토콜을 적용하여 컴퓨터 리소스에 대한 인증된 액세스만 보장합니다.

• 네트워킹: OS는 네트워킹을 관리하여 LAN 또는 인터넷을 통한 컴퓨터 간의 통신을 가능하게 하고 TCP/IP와 같은 프로토콜을 처리합니다.

• 오류 감지 및 처리: OS는 소프트웨어 및 하드웨어 관련 오류를 모니터링하여 오류를 보고하고 복구하기 위한 메커니즘을 제공합니다.

• 리소스 할당: OS는 최적의 시스템 성능을 위해 중앙 처리 장치(CPU) 시간, 메모리 및 I/O 장치와 같은 리소스를 효율적으로 할당합니다.

• 시스템 성능 모니터링: OS는 시스템 성능(예: 메모리 사용량, 실행 중인 프로세스, 시스템 로그)을 추적하고 프로세스나 리소스를 조정하여 효율성을 개선합니다.

운영 체제는 시스템 기능과 효율성을 보장하기 위해 함께 작동하는 몇 가지 핵심 구성 요소로 구성됩니다.

• 커널

• 프로세스 스케줄러

• 메모리 관리자

• 입력/출력 관리자

• 파일 시스템 관리자

• 사용자 인터페이스

운영 체제는 특징, 기능 및 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 애플리케이션과의 호환성에 따라 여러 유형으로 분류할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 임베디드 운영 체제

• 분산 운영 체제

• 실시간 운영 체제

• 네트워크 운영 체제

• 클러스터 운영 체제

임베디드 운영 체제는 스마트폰, 자동차 시스템 및 가전 제품과 같은 특수 장치의 하드웨어 리소스를 관리하도록 설계되었습니다. 범용 운영 체제와 달리 임베디드 OS는 리소스가 제한된 환경에서 성능, 효율성 및 안정성에 최적화되어 있습니다. 일반적으로 사용자 인터페이스가 최소화된 경량 제품이며, 특정 애플리케이션을 지속적으로 또는 실시간으로 실행하도록 구축되었습니다.

분산 운영 체제는 여러 대의 독립적인 컴퓨터가 통합된 시스템으로 함께 작동하도록 조정합니다. 이를 통해 여러 머신의 리소스를 공유하여 사용자와 애플리케이션 프로그램에 투명한 단일 인터페이스를 제공할 수 있습니다. OS는 다양한 노드 간의 통신, 데이터 공유 및 작업 동기화를 관리하여 사용자가 리소스의 물리적 분포에 대한 걱정 없이 시스템과 상호 작용할 수 있도록 합니다.

예를 들어 Google 파일 시스템(GFS)은 Google의 분산 시스템 아키텍처의 일부로, 데이터를 여러 서버에 분산하고 고가용성과 내결함성을 보장합니다.

실시간 운영 체제(RTOS)는 정확한 시간 제약이 있는 시간에 민감한 작업을 처리하도록 설계되었습니다. RTOS에서 시스템은 중요한 프로세스가 특정 시간 프레임 내에 완료되도록 보장하여 예측 가능성과 안정성을 보장합니다.

이러한 운영 체제는 지연이나 장애가 심각한 결과를 초래할 수 있는 제어 시스템에 의존하는 산업 자동화, 로봇 공학, 의료 기기 등의 애플리케이션에 사용됩니다. 실시간 응답이 안전과 성능에 중요한 항공우주 및 방위 애플리케이션용 임베디드 시스템에는 VxWorks와 같은 실시간 운영 체제가 주로 사용됩니다.

네트워크 운영 체제(NOS)는 네트워크에 연결된 여러 컴퓨터의 하드웨어 및 소프트웨어 리소스를 관리하고 조정하는 소프트웨어입니다. 이를 통해 장치 간의 통신, 파일 공유 및 네트워크를 통한 리소스 관리가 가능합니다.

NOS에는 일반적으로 네트워크 보안, 사용자 인증 및 중앙 집중식 관리와 같은 기능이 포함되어 있어 시스템 관리자가 연결된 모든 장치에서 액세스를 제어하고 설정을 구성할 수 있습니다. 네트워크 운영 체제의 예로는 Microsoft Windows Server, Cisco IOS 및 macOS Server가 있습니다.

클러스터 운영 체제는 함께 작동하여 단일 시스템처럼 작업을 수행하는 상호 연결된 컴퓨터(노드) 그룹을 관리합니다. 이러한 시스템은 일반적으로 고성능 컴퓨팅(HPC) 설정(예: 웹 호스팅, 과학 연구)에서 사용되며 노드 간 성능 밸런싱, 내결함성 및 리소스 공유를 제공합니다. 클러스터 운영 체제를 사용하면 사용자가 여러 시스템을 결합하여 계산 능력을 확장하여 전반적인 시스템 안정성과 성능을 개선할 수 있습니다.

수백 개의 운영 체제가 개인 컴퓨팅 및 모바일 장치에서 엔터프라이즈 및 클라우드 환경에 이르기까지 다양한 용도로 사용됩니다. 다음은 가장 널리 사용되는 몇 가지 예입니다.

• Linux

• macOs

• iOS

• Android

Linux는 데스크톱, 서버 및 임베디드 시스템에서 널리 사용되는 오픈 소스 운영 체제입니다. 특히 서버 관리, 클라우드 인프라 및 소프트웨어 개발에 널리 사용됩니다.

Red Hat Enterprise Linux(RHEL) 및 SUSE Linux Enterprise Server(SLES)와 같은 주목할만한 엔터프라이즈 버전은 안정성과 지원으로 인해 비즈니스 환경에서 일반적으로 사용됩니다.

또한 Ubuntu, Fedora 및 Debian을 포함하여 다양한 사용 사례에 맞게 조정된 수많은 Linux 배포판이 있습니다. 이러한 배포판은 Linux를 매우 다재다능하게 만들고 개인용 컴퓨터 사용, 개발 및 특수 애플리케이션에 적합합니다.

Microsoft Windows는 개인 및 비즈니스용으로 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 운영 체제 중 하나입니다. 사용자 친화적인 인터페이스와 다양한 기능으로 유명한 이 제품은 Microsoft Office와 같은 생산성 도구에서 게임, 엔지니어링 및 디자인을 위한 전문 프로그램에 이르기까지 다양한 소프트웨어 응용 프로그램을 지원합니다.

MacOS(이전에는 OS X라고 불림)는 Apple의 데스크톱, 노트북 및 워크스테이션(예: iMac, MacBook, MacBook Pro)에서 실행되도록 설계된 Unix 계열의 독점 OS입니다. MacOS는 그래픽 디자인, 동영상 편집, 음악 제작 및 소프트웨어 개발과 같은 분야에서 탁월한 성능을 발휘하기 때문에 크리에이티브 업계 전문가들에게 특히 인기가 높습니다.

Apple iOS는 iPhone 및 iPad와 같은 Apple 모바일 장치에서 실행되는 독점 모바일 운영 체제입니다.

Google에서 개발한 Android는 개인 및 비즈니스 스마트폰 장치에 널리 사용되는 오픈 소스 모바일 운영 체제입니다.

AI 운영 체제 시장은 큰 폭의 성장이 예상되며, Knowledge Sourcing Intelligence의 연구에 따르면 이 시장은 2024년 124억 9,600만 달러에서 2029년에는 292억 9,700만 달러로 증가할 것으로 전망되며, 연평균 성장률(CAGR)은 18.58%에 달할 것으로 보입니다.³

엔터프라이즈 환경에서 AI 기반 운영 체제는 머신 러닝과 자동화를 활용하여 사용자 행동을 예측하고 리소스 할당을 최적화하며 변화하는 워크로드에 실시간으로 적응합니다. 자가 치료 기능은 자동으로 문제를 감지하고 해결하여 가동 중지 시간을 줄이며, AI 기반 보안 시스템은 사이버 위협을 식별하고 완화하여 기업 데이터가 보호되도록 합니다.

Windows 및 macOS와 같은 주요 운영 체제에서는 리소스 관리를 최적화하고 보안을 강화하며(예: Windows Defender Face ID) 개인화된 사용자 환경을 제공하기 위해 AI를 통합합니다.