히포

• Linux에서 파일 시스템은 atime, mtime, ctime 이라는 세 가지 주요 타임스탬프를 사용
• 타임스탬프는 파일의 사용 패턴을 추적하고, 백업, 캐싱, 또는 다른 유지 관리 작업을 수행하는 데 유용
• ls 명령의 -u 옵션을 사용하면 atime을, -c 옵션을 사용하면 ctime을 확인 가능

1. atime(access time)

• 파일 마지막 접근 시간
• 파일이 어떤 명령어나 스크립트, 프로그램에 의해 열리거나 읽혔을 시 갱신
• vi 뿐만 아니라 cat, tail 같은 명령어에 의해 읽힌 경우도 갱신
• 확인 명령어 : ls -lu

2. mtime (moditied time)

• 파일 마지막 수정 시간
• vi, echo 등으로 내용이 수정될 시 갱신, 보통 mtime이 변경될 시 ctime, atime 값 함께 변경
• 확인 명령어 : ls -l
  ※ ls 명령어로 출력되는 값은 기본적으로 mtime (ls 명령어의 디폴트 시간)

3. ctime (inode changed time)

• inode(파일의 속성, 권한, 파일 크기 등)가 변경된 시간
• 상태 변경은 파일의 메타데이터(예: 파일 권한, 소유권 등)가 변경되었음을 의미
• ctime은 mtime이 변경될 때 갱신되지만, mtime이 변경된다고 ctime이 변경되지 않을 수 있음
• 확인 명령어 : ls -c
   
• inode 변경 조건
  1. file permission (chmod 등)
  2. file owner (chown, chgrp 등)
  3. 하드 링크 생성 (ln)
  4. 삭제 (rm 등)

4. stat 명령어 → atime, mtime, ctime 확인

• 파일이나 파일 시스템의 상태 정보 출력 명령어
• 옵션 없이 stat 명령어 뒤 파일 입력 시 해당 파일의 상세 정보 출력

• stat 명령어 옵션
  

  

   

• stat 명령어 Fomat Sequence → -c 옵션을 이용해서 사용자 정의를 할 때 필요한 포맷
  

  

• stat 명령어 테스트
  1. stat 명령 사용 시 atime, mtime, ctime 정보 동시 확인 가능
     

     

      
  2. vi로 파일 접근한 경우 atime이 9.26 → 10.6으로 갱신
     

     

      
  3. vi로 파일 수정한 경우 atime, mtime, ctime 모두 9.26 → 10.6으로 갱신
     

     

• 참고 자료 : https://www.lesstif.com/lpt/atime-mtime-ctime-105644095.html

1. 스레드란

• 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 흐름의 단위
• 모든 프로세스는 한 개 이상의 스레드가 존재하여 작업을 수행
• 두 개 이상의 스레드를 갖는 프로세스의 경우 멀티 프로세스로 표현
  
  
• 스레드를 사용하여 프로그램의 여러 부분을 동시에 수행 가능
• 프로그램의 여러 부분을 수행하는 최소의 실행 단위를 스레드라고 표현
  
  
• 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로 프로세스 내의 Heap, Data, Code 영역 공유
• 멀티 스레드의 경우, 스레드 간의 자원을 공유하고 자원의 생성과 관리의 중복성을 최소화하여 수행 능력 향상

2. 스레드 수행 시 필요 정보

• program counter → 프로그램의 어느 부분을 실행하고 있는지에 대한 정보 저장
• stack → 함수를 호출하는 순서(function call)에 대한 정보 저장

3. 스레드 메모리

• 스레드는 각각 stack 영역은 할당 받고 나머지 영역은 공유
• 하나의 스레드에서 오류가 발생한다면 프로세스의 다른 스레드도 모두 강제 종료

4. 싱글 스레드 vs 멀티 스레드

4.1. 싱글스레드

장점	자원 접근에 대한 동기화 X → 멀티스레드의 경우 자원 공유로 인해 동기화 고려가 필요하나 싱글 스레드의 경우 자원 동기화 고려 필요 X 문맥 교환 작업 X → 문맥 교환은 여러 개의 프로세스가 하나의 프로세서를 공유할 때 발생하는 작업으로 많은 비용 필요 단순 CPU만을 사용하는 계산 작업이라면 멀티스레드 보다 싱글스레드로 프로그래밍 하는 것이 효율적
단점	여러 개의 CPU 활용 X 연산량이 많은 작업을 하는 경우 그 작업이 완료되어야 다른 작업 수행 가능 에러 처리를 못하는 경우 정지

4.2. 멀티스레드

장점	응답성 → 프로그램의 일부분이 중단되거나 긴 작업을 수행하더라도 프로그램 수행이 계속 → 사용자 응답성 증가 경제성 → 프로세스 내 자원들과 메모리를 공유하기 때문에 메모리 공간과 시스템 자원 소모 저하 멀티프로세서의 활용 → 다중 CPU 구조에서는 각각의 스레드가 다른 프로세서에서 병렬로 수행 → 병렬성 증가
단점	동기화 구조 → 공유하는 자원에 동시에 접근하는 경우 스레드는 데이터와 힙 영역을 공유하기 때문에 동기화 필요 context switching → 동기화 등의 이유로 싱글 코어 멀티 스레딩은 스레드 생성 시간이 단일 스레드 보다 속도 저하

1. 데몬이란

• 리눅스 시스템이 부팅 시 자동으로 실행되는 백그라운드 프로세스
• 메모리에 상주하면서 특정 요청이 오면 즉시 대응할 수 있도록 대기 중인 서버 프로세스
• 부모 프로세스를 갖지 않으며, 대부분 프로세스 트리에서 init 바로 아래 위치
• 데몬의 명칭은 보통 Daemon을 뜻하는 'd'를 이름 끝에 달고 있음 
  ex) httpd는 아파치 웹 서버 데몬

 2. 데몬 실행 방식

1. 프로그램

 1.1. 프로그램이란

• 프로그램은 실행 파일을 의미
• 주기억 장치에서 상주된 프로그램이 CPU에 의해서 처리되는 상태는 프로세스라고 함
  
  

1.2. 프로그램 실행 과정

1. 사용자가 OS에게 프로그램 실행 요청
2. 운영체제가 프로그램의 정보를 메모리(주기억장치_RAM)에 로드
3. CPU가 프로그램 코드를 관리&명령 실행

2. 프로세스

2.1. 프로세스란(개념, PID, PPID, init, 관련 명령어)

• 메모리에서 CPU를 할당 받아 실행 중인 프로그램
• 각각의 프로세스마다 고유 번호의 프로세스 ID(PID)를 하나씩 증가하면서 부여
  
  
• PPID (부모 프로세스)
  - 선행 프로세스라고도 하며, 자식 프로세스 생성 가능
  - fork() 호출을 통해 자식 프로세스 생성
  - 부모 프로세스는 여러 개의 자식 프로세스를 실행하여 다수의 작은 작업들을 동시에 처리 
  
  
• 자식 프로세스
  - 부모 프로세스가 처리 중인 파일 등을 공유
  - 부모 프로세스에서 fort()하여 생긴 프로세스
  - 프로그램에서는 부모 프로세스의 복사로 부모와 교신하면서 프로세스 진행
  
  
• init
  - 부팅되면서 가장 먼저 실행되는 프로세스는 init, init의 PID는 1
  - init 프로세스는 파일 시스템의 구조 검사
  - 파일 시스템의 마운트하고 서버 데몬을 실행하며, 사용자 로그인을 기다리고 사용자를 위한 셸을 실행하는 역할
  - /etc/initab : 처음 수행해야할 작업들을 설정하는 파일, 시스템의 상태에 따라 해당하는 런레벨에서 init 프로세스가 수행해야할 파일을 지정
  
  

2.2 프로세스 관련 명령어

• ps 명령어 : 현재 작동하는 프로세스 목록, 프로세스의 현재 상태 출력

• kill 명령어 : 현재 작동하는 프로세스 종료

• top 명령어 : 실시간 프로세스 모니터링

2.3. 프로세스 상태

• 프로세스의 상태 종류 : 생성, 준비, 실행, 대기, 종료
  1. new : 프로세스가 생성된 상태
  2. ready : 프로세스가 생성된 후 프로세서에 할당되기를 기다리는 상태
  3. running : 프로세서에 할당되어 CPU를 차지하고 있는 상태
  4. wait : 프로세스가 특정 이벤트를 기다리는 상태 → 프로세서에 할당되어 있지만 프로세서의 클락을 낮추거나 일시적으로 멈춤으로써 에너지 소비를 줄일 수 있는 상태
  5. terminated : 프로세스 종료된 상태

• 프로세스의 상태 전이
  1. Dispatch (ready -> running)
     • 여러 프로세스들 중 한 프로세스를 선정하여 CPU에 할당하는 과정
  2. Interrupt (running -> ready)
     • 할당된 CPU 시간이 지나면 Timeout Interrupt 가 발생하여 CPU를 다른 프로세스에게 양도하고 자신은 ready 상태로 전이되는 과정
  3. Block (running -> waiting)
     • I/O 등의 자원 요청 후 즉시 할당받을 수 없어, 할당받을 때까지 기다리기 위해 running에서 waiting 상태로 전이되는 과정
     • I/O 처리는 CPU가 아닌 I/O 프로세스가 담당하기 때문에 block이 발생함
  4. Wakeup (waiting -> ready)
     • 필요한 자원이 할당되면 프로세스는 waiting에서 ready 상태로 전이되는 과정

2.4. 프로세스의 구성

2.4.1. 프로세스 메모리 

• 운영체제는 프로세스마다 고유의 가상 메모리 공간 제공
• 프로세스 메모리 공간은 다시 코드, 데이터, 스택, 힙 영역으로 세분화

• text section instruction(text section)
  - 컴파일된 기계어가 저장되는 영역
  - compile time에 크기 결정
  
  
• data section
  - 사전에 선언된 데이터가 저장되는 영역
  - compile time에 크기 결정
  - 내부 data&bbs 영역으로 구분 
    • initalized data section → 초기화된 전역 변수가 저장되는 영역 (DATA)
    • uninitialized data section → 초기화되지 않은 전역 변수가 저장되는 영역 (BBS)
  
  
• heap 
  - new, delete, malloc, free 등을 호출하여 데이터를 저장 & 관리하는 영역
  - runtime에 크기가 결정
  
  
• stack
  - 매개변수, 지역변수, return 주소 등과 같은 데이터를 저장하는 영역
  - 컴파일러에 의해 run time 도중 크기가 결정되며, 함수가 호출 & 종료되는 시점에 생성 & 제거
  
  

2.4.2. PCB (Process Control Block)

• PCB는 특정한 프로세스를 관리할 필요가 있는 정보를 포함하는, 운영체제 커널의 자료구조
  
  • 운영체제가 프로세스 스케줄링을 위해 프로세스에 관한 모든 정보를 가지고 있는 데이터베이스
  • 운영체제에서 프로세스는 PCB로 나타냄
  • PCB는 프로세스에 대한 중요한 정보를 가지고 있는 자료 구조
    
    
• 각 프로세스가 생성될 때마다 고유의 PCB가 생성되고, 프로세스가 완료되면 PCB는 제거됨
  • 프로세스는 CPU를 점유하여 작업을 처리하다가도 상태가 전이되면, 진행하던 작업 내용들을 모두 정리하고 CPU를 반환 필요
  • 진행하던 작업들을 모두 저장하지 않으면 다음에 자신의 순서가 왔을 때 어떠한 작업을 해야하는지 알 수 없는 상태에 빠짐
  • 프로세스는 CPU가 처리하던 작업의 내용들을 자신의 PCB에 저장하고, 다음에 다시 CPU를 점유하여 작업을 수행해야 할 때 PCB로부터 해당 정보들을 CPU에 넘겨와서 계속해서 하던 작업을 진행할 수 있음

• PCB는 다른 프로세스들이 쉽게 접근할 수 없고, kernel 영역에 저장
• PCB 저장 정보 : process state, PID, PPID, CPU registers, program counter, CPU scheduling 정보, Memory 관리 정보, accounting 정보, I/O 상태 정보

• 참고 자료 : OS & Process, Thread (velog.io)

• 지정한 속성대로 정해진 위치에 파일을 복사하는 명령어
• install 명령어 사용하여 파일 복사하면, 복사된 파일이 기존 파일과 동일한 권한을 상속함
• 복사된 파일은 복사를 수행한 사용자 및 그룹에 대한 권한을 가짐
  
  
• install 명령어 경로

  /usr/bin/install

   
• install 명령어 사용법

  install [옵션] [파일] 디렉토리 

   
• install 명령은 파일의 권한 속성들, 소유주, 그룹을 지정해서 복사
• cp 명령과 비슷하지만, 필요하면 파일이 복사될 경로를 만들고, 다른 소유자나 그룹을 지정하는 등의 다양한 기능을 제공
• install 명령어는 컴파일 된 프로그램을 정확한 위치에 설치하는 데 사용 → Makefile에서 사용

install 명령어 옵션

install 명령어 예시

### test.txt 파일 권한 및 퍼미션 확인
$ ls -al ./test.txt
-rw-r--r-- 1 hippo hippo 5 Mar 13 01:02 ./test.txt

### install 명령어로 test.txt 파일 /tmp로 복사
$ install -m 777 test.txt /tmp

### /tmp/test.txt 파일 복사 및 권한, 퍼미션 확인
$ ls -al /tmp/test.txt
-rwxrwxrwx 1 root root 5 Mar 13 01:04 /tmp/test.txt

• 참고 자료 : 리눅스 install - IT용어위키 (seb.kr)
• 참고 자료 : install 명령어로 파일 권한 변경 하는 법 (tistory.com)
• 참고 자료 : Think IT (Linux) :: install [파일 설치] /usr/bin/install

1. 파티션 특징 및 종류

• 하나의 물리적 디스크를 여러 개의 논리적인 디스크로 분할하는 것
  
  
• 다중 파티션 장점
   • 파티션마다 독립적인 파일 시스템이 운영되기 때문에 파일 점검 시간이 줄어들어 부팅 시간 단축
   • 특정 파티션의 파일 시스템이 손상되더라도 다른 파티션에 영향을 주지 않기 때문에 높은 안정성 보장
   • 필요한 파티션만 포맷할 수 있기 때문에 백업과 업그레이드 편리
  
  
• 파티션 종류

  종류	설명
  주 파티션  (Primary Partition)	• 부팅이 가능한 기본 파티션 • 하나의 하드디스크에 최대 4개의 주 파티션 분할 가능 • 하드디스크를 4개 이상의 파티션으로 사용할 때 하나의 확장 파티션을 설정하여 확장 파티션 안에 여러 개의 논리 파티션을 분할하여 데이터 저장
  확장 파티션  (Extended Partition)	• 주 파티션 내에 생성, 하나의 물리적 디스크에 1개만 생성 • 파티션 번호는 1~4번 할당 • 데이터 저장 영역을 위한 것이 아니라 논리 파티션 생성
  논리 파티션  (Logical Partition)	• 확장 파티션 안에 생성되는 파티션 • 논리 파티션은 12개 이상 생성하지 않는 것을 권고하며 5번 이후의 번호 생성
  스왑 파티션  (Swap Partiton)	• 하드 디스크의 일부를 메모리처럼 사용하는 영역 • 주 파티션 또는 논리 파티션에 생성 • 프로그램 실행 시 부족한 메모리 용량을 하드디스크로 대신 사용 • 리눅스 설치 시 반드시 설치되어야 하는 영역 • swap 영역의 크기는 메모리의 2배를 설정하도록 권고

2. 디스크와 장치명

• 예시) /dev/sda3

  sd	하드디스크 유형 지정   1. sd : SCSI 또는 USB 방식 디스크   2. hd : IDE 또는 ATA 방식 디스크
  a	한 케이블에 묶인 하드디스크의 우선순위 마스터 또는 슬레이브로 설정   •  첫 번째 하드디스크 : a   •  두 번째 하드디스크 : b
  3	파티션 번호   • 1~4번 : primary 또는 extended   • 5번부터 : logical 파티션

3. 파일시스템

• 운영체제가 파일을 시스템의 디스크 파티션 상에 구성하는 방식
• 유형파일 시스템 유형종류

  시스템 유형	종류
  리눅스 전용 파일 시스템	•  ext, ext2, ext3, ext4(최대 16TB 지원)
  저널링 파일 시스템	•  JFS, XFS(최대 파일 시스템 크기 지원, CentOS 7 버전 기본), ReiseFS
  네트워크 파일 시스템	•  SMB, CIFS, NFS
  클러스터링 파일 시스템	•  레드햇 GFS, SGI, cXFS, IBM, GPFS, IBM SanFS 등
  시스템 파일 시스템	•  ISO9660, UDF
  타 운영체제 지원 파일 시스템	•  FAT, VFAT. FAT32, NTFS, HPFS, SysV - FAT32    1. 포맷을 할 경우 지원하는 드라이브의 최대 크기 32GB    2. 단점 : 개별 파일 하나당 저장할 수 있는 최대 크기 4GB •  NTFS    1. FAT32 단점을 보완하기 위해 개발된 형식 NFTS 방식으로 포맷할 경우 드라이브 최대 크기 256TB    2. 개별 파일 하나당 저장할 수 있는 최대 크기 16TB    3. 단점 : 윈도우 위주 형식, 호환성이 떨어지는 형태

4. LVM (Logical Volume Manager)

• 여러 개의 하드디스크를 합쳐서 사용하는 기술로 한 개의 파일 시스템을 사용
• 작은 용량의 하드디스크 여러 개를 큰 용량의 하드디스크 한 개처럼 사용
• 다수의 디스크를 묶어서 사용함으로써 파티션의 크기 조절 가능
  

  개념	설명
  물리 볼륨	여러 개의 물리적 하드디스크
  볼륨 그룹	물리 볼륨을 합쳐서 하나의 물리적 그룹을 만드는 것
  논리 볼륨	볼륨 그룹을 나눠서 다수의 논리 그룹으로 나누는 것

5. RAID

종류	그림	설명
RAID 0		스트라이핑 저장 방식 : 연속된 데이터를 여러 디스크에 나눠서 저장 최소 2개 하드디스크 필요 저장과 읽기 속도가 가장 빠르지만 하나의 디스크 고장 시 모든 데이터 손실
RAID 1		미러링 : 하나의 디스크에 저장하면 다른 디스크에 동일한 내용이 백업되어 저장 데이터 저장 시 두배 용량 필요 결함 허용을 제공하지만 공간 효율성은 떨어지며, 주요한 데이터 저장 시 적합
RAID 2		스트라이핑 저장 방식 기록용 디스크와 데이터 복구용 디스크를 별도로 제공하며, 디스크의 사용 효율성이 낮은 형태 오류 제어 기능이 없는 디스크를 위해 해밍코드 사용 모든 SCSI 디스크에 ECC(에러 검출 기능)를 탑재하고 있기 때문에 실제 사용되지 않음
RAID 3		스트라이핑 저장 방식 오류 검출을 위해 패리티 방식 이용 패리티 정보를 저장하기 위해 전용 디스크를 사용, 최소 3개 이상의 하드디스크 필요 데이터 복구는 패리티 저장 디스크에 기록된 정보의 XOR를 계산하여 수행 대형 레코드가 사용되는 단일 사용자 시스템에 적합
RAID 4		RAID 3과 유사한 방식 : 2개 이상의 데이터 디스크와 전용 패리티 디스크 사용 RAID 3은 Byte 단위로 데이터를 저장하는 반면 RAID 4는 Block 단위로 저장
RAID 5		디스크마다 패리티 정보를 갖고 있어 패리티 디스크의 병목 현상을 감소 사용 빈도가 높은 레벨이며, 최소 3개 디스크로 구성 1개의 디스크 장애 시 복구가 가능하며, 2개 이상의 디스크 장애 시 복구 불가능
RAID 6		RAID 5를 확장한 레벨이며, 최소 4개의 디스크로 구성 제2패리티를 두는 듀얼 패리티를 사용함으로써 안정성을 향상 2개의 디스크 장애 시 복구가 가능하며, 3개 이상 디스크 장애 시 복구 불가능
RAID 0+1		RAID 0(스트라이핑 방식)과 RAID 1(미러링)을 조합 디스크 2개씩 RAID 0으로 구성 후 RAID0으로 구성된 하드디스크를 RAID1로 구성 미러링 전 스트라이핑을 진행하며, 속도는 빠르나 데이터 복구 시 시간 소요
RAID 1+0		RAID 0+1의 반대 구성 디스크 2개씩 RAID 1로 구성 후 RAID 1로 구성된 하드디스크들을 RAID0으로 구성 미러링 후 스트라이핑을 진행하여 손실된 데이터만 빠른 복원이 가능하므로 RAID 0+1 보다 운영상 유리

6. 파티션 분할

• fdisk : 파티션 테이블을 관리하는 명령어로 리눅스의 디스크 파티션을 생성, 수정, 삭제

  명령어	설명
  a	부팅 파티션을 지정
  l	파티션 종류를 선택할 때 리눅스에서 지원하는 파티션 목록
  n	새로운 파티션을 추가
  t	파티션 종류를 변경
  w	파티션 정보를 저장
  p	파티션 정보를 확인
  q	작업 종료

1. 리눅스 디렉터리 및 저장 내용

2. 리눅스 설치 필요 정보

2.1. 하드웨어

2.2. 네트워크 설정

• 호스트명, 도메인, 컴퓨터 IP주소, 서브넷 마스크, 게이트웨이 주소, DNS 서버 주소

3. 커널

3.1.커널이란 

• 운영체제의 핵심 부분으로 CPU나 메모리, 기타 디바이스 등의 시스템 자원을 관리하고 하드웨어와 응용 프로그램 사이에서 인터페이스를 제공하는  역할
  
  
• 커널 기능
  1. 하드웨어 리소스(CPU, 메모리, 스토리지 등) 관리
  2. 소프트웨어에서 하드웨어 및 리소스에 대한 액세스를 추상화

3.2. 커널 역할 및 기능

• 추상화  
   • 물리적으로 하나 뿐인 하드웨어를 여러 사용자들이 번갈아 사용하게 중재함으로써 마치 한 개의 하드웨어가 여러 개인 것처럼 보여지도록 하는 기술
   • 물리적 자원을 추상화하여 쉽게 접근할 수 있도록 도와주는 것

• 디바이스 관리
  •  디바이스 드라이버라는 하드웨어 입출력 제어하는 소프트웨어를 이용하여 장치 관리
  
  
• 프로세스 관리
  • 리눅스에서는 프로그램 실행 시 파일 시스템 내 특정 디렉터리에 있는 프로그램의 파일을 읽어와 메모리에 적재 →프로그램이 메모리에서 실행되는 프로세스 
  •  프로세스가 이용할 수 있는 CPU는 하나로 동시에 실행되는 프로세스 간 CPU를 이용할 수 있는 시간 분배 필요 → 커널은 각 프로세스 PID를 통해 관리하는 역할
  
  
• 메모리 관리
  • 사용자 프로그램의 요구에 따라 메모리 영역을 분배하거나 이용이 끝난 메모리 영역 회수 등을 담당 
  • 가상 메모리 또한 지원(가상 메모리 영역 → swap)
  
  
• 시스템 콜
  • 표준 출력이나 파일 쓰기/읽기, 프로세스를 포크(프로세스 복제)하는 기능 등을 갖고 있어 사용자 프로그램에서 액세스 할 수 있도록 도움을 주는 역할

4. 하드웨어, CPU 작동 모드, 저장 장치의 특징, 소프트웨어

4.1. 하드웨어 목록

4.2. CPU 작동 모드

4.3.  저장 장치의 특징

4.4. 소프트웨어 목록

참고 자료 : https://www.devkuma.com/docs/linux/kernel/basic1/

1. 메모리 계층 구조 

• 메모리를 필요에 따라 여러 종류로 나누어 두는 것 → CPU가 메모리에 더 빨리 접근 가능

• 컴퓨터 설계에 있어 각각의 특징이 있는 서로 다른 여러 종류의 저장 장치를 함께 사용하여 최적의 효율을 도출

  명칭	위치	접근 속도
  레지스터	CPU 내부	빠름
  캐시	CPU 내부	빠름
  메모리	CPU 외부	레지스터와 캐시보다 속도 느림
  하드디스크	CPU 직접 접근 불가	데이터를 메모리로 이동시켜 접근 가능

1.1. 레지스터 

• CPU(중앙처리장치)가 요청을 처리하는데 필요한 데이터를 일시적으로 저장하는 기억 장치
  • 컴퓨터에서 4대 주요 기능(기억, 해석, 연산, 제어)를 관할하는 장치
  • 프로세서에 위치한 고속 메모리로, 프로세스가 바로 사용할 수 있는 데이터(소량 데이터, 처리 중인 중간 결과 등)를 담고 있는 영역

• CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없으므로 메모리로 직접 데이터 전송 불가
• 연산을 위해 반드시 레지스터를 거쳐야 하며, 이를 위해 레지스터는 특정 주소를 가리키거나 값을 읽기 가능 
  
  
• CPU 내부 레지스터 종류

  종류	설명
  프로그램 계수기 (PC, Program Counter)	다음에 실행할 명령어(instruction)의 주소를 가지고 있는 레지스터
  누산기 (AC, Accumulator)	연산 결과 데이터를 일시적으로 저장하는 레지스터
  명령어 레지스터(IR, Instruction Register)	현재 수행 중인 명령어를 가지고 있는 레지스터
  상태 레지스터(SR, Status Register)	현재 CPU의 상태를 가지고 있는 레지스터
  메모리 주소 레지스터 (MAR, Memory Address Register)	메모리로부터 읽어오거나 메모리에 쓰기 위한 주소를 가지고 있는 레지스터
  메모리 버퍼 레지스터 (MBR, Memory Buffer Register)	메모리로부터 읽어온 데이터 또는 메모리에 써야할 데이터를 가지고 있는 레지스터
  입출력 주소 레지스터 (I/O AR, I/O Address Register)	입출력 장치에 따른 입출력 모듈의 주소를 가지고 있는 레지스터
  입출력 버퍼 레지스터 (I/O BR, I/O Buffer Register)	입출력 모듈과 프로세서 간의 데이터 교환을 위해 사용되는 레지스터

1.2. 캐시

• 캐시 개념
  • 데이터나 값을 미리 복사해 놓는 임시 장소
  • 시스템의 효율성을 위해 사용
  • 캐시의 접근 시간에 비해 원래 데이터를 접근하는 시간이 오래 걸리는 경우
  • 값을 다시 계산하는 시간을 절약하고 싶은 경우
  • 속도가 빠른 장치와 느린 장치 사이에서 속도 차에 따른 병목 현상을 완화하기 위한 범용 메모리
    ※ 캐싱(caching) : 더 빠른 메모리 영역으로 데이터를 가져와서 저장하는 방식 
    
    
• 캐시 종류
  • 1. CPU 캐시
    • 대용량의 메인 메모리 접근을 빠르게 하기 위해 CPU 칩 내부나 바로 옆에 탑재하는 작은 메모리
      
      
    • 하드웨어를 통해 CPU 캐시 관리

      종류	설명	CPU 성능에 직접적인 영향
      L1 캐시	일반적으로 CPU 칩안에 내장되어 데이터 사용 및 참조에 가장 먼저 사용되는 캐시 메모리	O
      L2 캐시	L1 캐시 메모리와 용도와 역할이 비슷 속도 : L1 캐시 > L2 캐시 > 일반메모리(RAM)	O
      L3 캐시	L1 캐시, L2 캐시와 동일한 원리로 작동 대부분 CPU가 아닌 메인 보드에 내장	X

  • 2. 디스크 캐시
    • 하드디스크에 내장된 디스크에 입출력되는 데이터를 저장하는 작은 메모리
  • 3. 그 외 캐시(예시: 페이지 캐시)
    • 운영 체제의 메인 메모리를 하드디스크에 복사해 놓는 캐시 (ex. 웹 브라우저의 웹 페이지 캐시)
      
      

• 캐시 지역성
  • 데이터 접근이 시간적, 혹은 공간적으로 가깝게 일어나는 것
  • 캐시가 효율적으로 동작하기 위해서는 캐시가 저장할 데이터 지역성 필요
    
    
  • 지역성 종류

    종류	설명
    시간적 지역성	특정 데이터가 한 번 접근되었을 경우, 가까운 미래에 또 한 번 데이터에 접근할 가능성이 높음
    공간적 지역성	액세스 된 기억장소와 인접한 기억장소가 액세스 될 가능성이 높음

1.3. 메인 메모리

• 메인 메모리 개념
  • 주기억장치 (1차 기억 장치)
  • 컴퓨터에서 수치, 명령, 자료 등을 기억하는 컴퓨터 하드웨어 장치
    
    

• 메인 메모리 구성
   1. RAM(Random Access Memory) : 휘발성 기억 장치
       • 컴퓨터가 빠른 액세스를 하기 위해 데이터를 단기간 저장하는 구성 요소
       • 사용자가 요청하는 프로그램이나 문서를 스토리지 디스크에서 메모리로 로드하여 각각 정보에 access
       • 전원이 유지되는 동안 CPU의 연산 및 동작에 필요한 모든 내용 저장 
  
   2. ROM(Read Only Memory) : 고정 기억 장치 
       • 컴퓨터에 지시 사항을 영구히 저장하는 비휘발성 메모리 
       • 전원 종료 시 기억된 내용 유지
       • 변경 가능성이 희박한 기능 및 부품에 사용   
           1. 소프트웨어 : 초기 부팅 관련 부분
           2. 하드웨어 : 프린터 작동에 관여하는 펌웨어 명령 등

1.4. 하드디스크 드라이브

• 하드디스크 개념
    •  비휘발성, 순차 접근이 가능한 컴퓨터의 보조 기억 장치
    •  비휘발성 데이터 저장소 가운데 가장 대중적이며 용량 대비 가격기 가장 저렴 
  
  
• 하드디스크 작동 원리
    •  보호 케이스 내부의 플래터 회전 → 플래터에 자기 패턴으로 정보 기록
    •  플래터 표면의 코팅된 자성체에 데이터 기록
    •  회전하는 플래터 위에 부상하는 입출력 헤드에 의해 자기적으로 데이터 기록 및 조회 가능
  
  
• 하드디스크 구성 요소
  

  요소	설명
  제어회로	하드 디스크의 총괄적인 부분을 제어하는 회로 제어 회로 내부의 버퍼 메모리는 하드 디스크에 입출력 될 데이터를 임시 저장
  스핀들 모터	플래터의 회전을 담당하는 부분
  플래터	데이터 기록 담당 하나의 하드디스크에 한 개 이상 장착 플래터 수 ↑  →  용량 저장 크기 ↑, 안정성 ↓
  액추에이터	제어 회로의 명령에 따라 액추에이터 암 구동 → 헤드가 원하는 데이터 조회 가능
  액추에이터 암	액추에이터를 통해 구동    1. 하나의 디스크에 여러 개 존재    2. 암의 끝 부분에 입출력을 위한 헤드 존재
  헤드	데이터를 읽고 쓰는 헤드

2. 메모리 계층 구조 필요성

2.1. 디코딩(명령어 해독 단계) 속도

• 디코딩(Decoding) : 복호화, 부호화(Encoding)된 정보를 부호(code)화 전으로 되돌리는 처리 혹은 처리 방식
• CPU는 3개의 버스를 통해 메모리에 접근
  1. 주소 전달 버스 : CPU가 메모리 어느 부분에 접근할지 나타냄
  2. 데이터 전달 버스 : 메모리와 CPU 간 데이터 전송
  3. 컨트롤 신호 버스 : CPU의 메모리 접근 여부 표시
  
  
• 주소 전달 버스 및 데이터 전달 버스에 값이 존재하고 컨트롤 신호 전송 → CPU와 메모리 업무 수행
• 큰 메모리 용량을 사용할 경우 디코딩 시 많은 시간 소요 → CPU가 빠른 속도로 데이터에 접근하기 위해서 데이터를 저장하는 메모리가 작아야 함

2.2. 참조의 지역성

• 큰 메모리를 사용한다고 해도 그 안의 모든 데이터에 고르게 접근하지 않고 자주 쓰이는 데이터와 자주 쓰이지 않는 데이터로 나누어짐
• 운영체제•CPU → 자주 쓰이거나 쓰일 것 같은 데이터를 메모리에서 캐시로 읽어옴 
• 자주 쓰이는 데이터는 전체 데이터 양에 비해 작은 양이므로 캐시는 메모리보다, 메모리는 하드디스크 보다 ↓

2.3. 경제성

• 메모리 구조에서 상층에 속할수록 가격 ↑
• 메모리 계층 구조의 모양이 피라미드인 이유
     1. 가격이 높은 하드웨어의 경우 필요한 만큼의 크기만 사용
     2. 가격이 저렴한 하드웨어를 넉넉한 크기만큼 사용