[논문 리뷰] On the definition of a theoretical concept of an operating system

J.A. Bergstra, C.A. Middelburg|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 04.

Computability, Logic, AI Algorithms참고 문헌 16인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 프로그램 실행 아키텍처와 동시성 이론에 기반한 계층적 개념군 내에서 운영체제를 중심 개념으로 하는 공식적이고 이론적인 정의를 제안한다. 운영체제의 프로그램 전환 및 인터럽트 메커니즘에 기반한 근본적이고 명시적인 정의를 주장함으로써 운영체제의 통합 수학적 이론을 위한 기초를 마련한다.

ABSTRACT

We dwell on how a definition of a theoretical concept of an operating system, suitable to be incorporated in a mathematical theory of operating systems, could look like. This is considered a valuable preparation for the development of a mathematical theory of operating systems.

연구 동기 및 목표

• 컴퓨터 과학 분야에서 수십 년에 걸친 실용적 발전에도 불구하고 운영체제에 대한 일관된 이론적 기반의 부재를 다루기 위해.
• 기존 문헌이 운영체제 개념에 대해 엄밀한 정의나 이론적 프레임워크를 제공하지 못하고 있음을 규명하기 위해.
• 수학적 이론에 통합될 수 있는 이론적 개념의 공식적이고 명시적인 정의를 제안하기 위해.
• 이론적 정의를 뒷받침하기 위해 분석적 실행 아키텍처와 동시성 이론을 기반으로 한 개념적 프레임워크를 수립하기 위해.
• 미래의 운영체제 수학적 이론을 위한 기초를 마련하기 위해 이론적 개념 간 핵심 의존성과 계층적 관계를 정의하기 위해.

제안 방법

• 이론적 개념의 공식적이고 명시적인 정의를 구성하는 데 지침을 주기 위해 기초적인 정의의 메타이론을 사용하기 위해.
• 이론적 개념의 운영체제가 이론적 개념의 프로그램과 분석적 실행 아키텍처에 개념적으로 의존함을 정의하기 위해.
• 운영체제가 가장 중심 개념이 되는 계층적 개념군 정의를 구성하기 위해, 프로그램과 실행 아키텍처의 보조 정의를 포함하기 위해.
• 기존 동시성 이론([1]에서 유도된 바)을 확장하여 프로그램 인터럽트 및 전환 메커니즘을 포함한 동시성 모델을 기반으로 하기 위해.
• 수학적 엄밀성을 지원하기 위해 비공식적이거나 실용적인 기술을 피하고, 정의를 근본적이고 형식적으로 유지하기 위해.
• 이론적 프레임워크 내 분석을 지원하기 위해 보조 개념으로 유틸리티 및 가치 측정을 통합하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 정의가 이론적으로 타당하고 수학적으로 엄밀한 운영체제 정의가 될 수 있는가?
• RQ2 기존 문헌과 실용적 시스템과 연결될 수 있는 방식으로 이론적 개념의 운영체제를 공식적으로 정의할 수 있는가?
• RQ3 동시성 이론은 운영체제의 행동을 모델링하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 프로그램, 실행 아키텍처, 운영체제를 포함한 상호연관된 이론적 개념의 가족을 어떻게 계층적으로 구성하여 일관된 이론을 지원할 수 있는가?
• RQ5 이러한 개념군을 공식적으로 정의하고 형식적 분석 및 유틸리티 평가를 가능하게 하는 메타이론적 프레임워크는 무엇인가?

주요 결과

• 운영체제의 이론적 개념에 대한 공식적이고 근본적인 정의는 운영체제 수학적 이론 개발을 위해 가능하고 또한 필수적이다.
• 이론적 개념의 운영체제는 분석적 실행 아키텍처 내에서 프로그램 실행 전환 및 인터럽트를 가능하게 하는 구성 요소로 가장 잘 정의되며, 이는 동시성 모델링의 기초를 이룬다.
• 이 개념은 형식화된 프로그램과 실행 아키텍처의 개념에 개념적으로 의존하며, 운영체제가 중심 개념이 되는 계층적 개념군을 형성한다.
• 기존 연구를 바탕으로 한 확장된 동시성 이론은 운영체제의 동적 행동을 모델링하기 위한 기초 프레임워크로 기능할 수 있다.
• 기존 문헌은 운영체제에 대한 진지한 이론적 정의를 제공하지 못하며, 대부분 비공식적이거나 단일 차원적인 설명에 머물러 있어, 이러한 형식화의 필요성을 정당화한다.
• 제안된 프레임워크는 시스템 성능 또는 자원 사용 측정을 개념군에 확장함으로써 향후 유틸리티 및 가치 분석을 지원한다.