컴퓨터구조 레포트 - 임베디드 운영체제를 조사하시오.

I. 서론

노트북 운영체제는 사용자가 여러 프로그램을 설치하고 창을 바꾸며 파일을 관리하는 환경을 제공한다. 그런데 온도 센서, 자동차 제어기, 스마트워치, 공유기처럼 정해진 기능을 수행하는 장치는 요구가 다르다. 메모리가 매우 작을 수 있고 배터리를 오래 써야 하며, 버튼 입력이나 센서 신호에 일정 시간 안에 반응해야 한다. 부팅이 느리거나 작업 순서가 들쭉날쭉하면 불편한 수준을 지나 제품의 안전과 기능에 직접 문제가 생길 수 있다. 이런 장치에서 하드웨어 자원을 관리하고 응용 프로그램의 실행을 조정하는 소프트웨어가 임베디드 운영체제다.

임베디드 운영체제를 하나의 제품군으로 묶기는 어렵다. 수십 킬로바이트 수준의 메모리에서 돌아가는 실시간 운영체제부터 네트워크, 그래픽, 파일 시스템을 갖춘 임베디드 리눅스까지 폭이 넓다. 공통점은 범용 컴퓨터처럼 모든 일을 넓게 지원하기보다 특정 장치의 목적과 제약에 맞게 구성된다는 점이다. 컴퓨터구조 관점에서는 운영체제의 기능 목록보다 CPU, 메모리, 인터럽트, 타이머, 주변장치 같은 하드웨어와 어떻게 맞물리는지를 보는 것이 중요하다.

II. 본론

1) 작은 장치가 정해진 일을 제때 하게 만드는 운영체제

임베디드 시스템은 특정 기능을 수행하도록 설계된 컴퓨터 시스템이다. 전자레인지 제어기처럼 사용자 인터페이스가 작고 기능이 제한된 장치도 있고, 자동차 인포테인먼트나 산업용 게이트웨이 같은 복잡한 장치도 있다. 운영체제가 반드시 필요한 것은 아니다. 아주 간단한 마이크로컨트롤러는 전원을 켠 뒤 하나의 반복 루프에서 센서를 읽고 출력을 제어하는 베어메탈 방식으로도 동작한다. 기능이 늘어나 여러 작업의 우선순위를 정하거나 통신을 동시에 처리해야 하면 운영체제의 스케줄러와 동기화 기능이 유용해진다.

임베디드 운영체제에서 자주 강조되는 특성은 실시간성이다. 여기서 실시간은 무조건 빠르다는 뜻이 아니라 정해진 시간 안에 결과를 내는 예측 가능성을 뜻한다. 자동차 제어처럼 마감시간을 놓치면 위험이 생기는 시스템에서는 최악의 응답시간이 중요하다. 음악 재생처럼 순간 지연이 품질을 낮추지만 치명적이지 않은 경우도 있다. 실시간 운영체제는 우선순위 기반 스케줄링, 빠른 인터럽트 처리, 예측 가능한 커널 동작을 이용해 시간 제약을 관리한다.

메모리 제약도 범용 운영체제와 다른 설계를 만든다. 작은 마이크로컨트롤러는 RAM과 플래시 용량이 매우 제한될 수 있다. 따라서 필요한 기능만 넣고 불필요한 서비스를 빼는 구성 방식이 중요하다. 동적 메모리 할당을 줄이거나 정적 할당을 선택해 메모리 사용량을 예측하기도 한다. 메모리 관리장치가 없는 MCU에서는 각 작업이 완전히 분리된 가상 주소 공간을 갖지 못할 수 있어, 한 작업의 잘못된 포인터가 시스템 전체를 망가뜨릴 위험도 있다. 하드웨어가 제공하는 메모리 보호 기능을 운영체제가 활용하면 이런 위험을 줄일 수 있다.