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스풀링

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1. 개요

스풀링은 CPU와 주변 장치 간의 데이터 처리 속도 차이를 해결하기 위한 기술로, 주변 장치에 출력할 데이터를 임시 저장 공간(버퍼)에 저장해두고, 주변 장치가 데이터를 처리할 수 있을 때 전송하여 CPU의 효율성을 높인다. 스풀링은 초기 메인프레임 환경에서 느린 주변 장치로 인한 작업 지연 문제를 해결하기 위해 개발되었으며, 'Simultaneous Peripheral Operations On-Line (SPOOL)'의 약자로 추정된다. 오늘날에는 주로 인쇄 작업에 활용되며, 인쇄 서버, 이메일 및 유즈넷 시스템에서도 사용된다. 윈도우를 비롯한 대부분의 운영체제는 프린터 스풀 기능을 제공한다.

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스풀링
컴퓨터 과학
유형컴퓨터 작업 형태
개념버퍼링
대기열
관련 항목인쇄 스풀러
다중 프로그래밍
동시성
파이프
일반 정보
정의데이터 전송을 위한 임시 저장 영역을 사용하는 다중 프로그래밍의 한 형태
설명주변 장치와 같은 느린 장치와 상호 작용할 때 CPU가 다른 작업을 처리할 수 있도록 한다.
"스풀링"은 'Simultaneous Peripheral Operations On-Line'의 약자이다.
목적CPU가 다른 작업을 처리하는 동안 데이터를 일시적으로 저장하여 효율성을 높임
입출력 장치의 속도 차이로 인한 병목 현상을 줄임
예시프린터 스풀링: 인쇄 작업을 하드 디스크에 임시 저장한 후 프린터가 준비되는 대로 인쇄
전자 메일 스풀링: 이메일을 일시적으로 저장한 후 네트워크를 통해 전송
역사적 의미과거에는 컴퓨터 애플리케이션과 관련 없는 카드 복사 작업 등을 지칭하기도 했다.

2. 역사

주변 기기들은 항상 핵심 처리 장치보다 훨씬 느렸는데, 이는 초기 메인프레임에 특히 심각한 문제였다. 예를 들어, 천공 카드를 읽거나 인쇄된 출력을 직접 생성하는 작업은 느린 기계 장치의 속도로 실행해야 했다. IBM의 "스풀 시스템"(7070-IO-076)과 같은 최초의 스풀링 프로그램들은 데이터를 천공 카드에서 자기 테이프로, 혹은 그 반대로 복사했다. 1960년대 중반부터는 더 빠르고 랜덤 액세스를 지원하는 하드 디스크가 자기 테이프를 대체하기 시작하여, 1970년대에는 완전히 대체하였다.

1960년대 초 IBM 메인프레임의 단위 레코드 장비가 너무 느렸기 때문에, 스풀링 대신 IBM 1401과 같은 소형 오프라인 머신을 사용하는 것이 일반적이었다.

"스풀(spool)"이라는 용어는 'Simultaneous Peripheral Operations On-Line'(SPOOL) 소프트웨어에서 기원한 것으로 짐작되지만,[16] 어원 자체는 확실하지 않다. 'Simultaneous peripheral operations on-line'는 배크로님일 수 있다.[17] 다른 설명으로는 이것이 자기 테이프의 스풀, 즉 을 의미하는 것이기도 하다.

2. 1. 초기 스풀링 시스템

주변 기기들은 늘 핵심 처리 장치들보다 속도가 훨씬 느렸다. 이는 특히 초기 메인프레임에 심각한 문제였다. 이를테면, 천공 카드나 인쇄된 출력물을 직접 읽는 잡(job)이 느린 기계 장치들의 속도에 맞추어 강제 실행되었다. IBM의 "스풀 시스템"(7070-IO-076)과 같은 최초의 스풀링 프로그램들은 데이터를 천공 카드로부터 자기 테이프로 복사하거나 테이프에서 거꾸로 천공 카드 및 프린터로 복사하였다. 훨씬 더 빠르면서 랜덤 액세스를 지원하는 하드 디스크들은 1960년대 중반에 자기 테이프를 대체하기 시작했으며 1970년대까지 이러한 테이프 이용은 근절되었다.

1960년대 초 IBM 메인프레임의 단위 레코드 장비가 너무 느렸기 때문에 스풀링 대신 IBM 1401과 같은 소형 오프라인 머신을 사용하는 것이 일반적이었다.

스풀(spool)이라는 용어는 Simultaneous Peripheral Operations On-Line(SPOOL) 소프트웨어에서 기원한 것으로 짐작된다.[16] 어원 자체는 확실하지 않다. ''Simultaneous peripheral operations on-line''는 배크로님일 수 있다.[17] 다른 설명으로는 이것이 자기 테이프의 스풀, 즉 을 의미하는 것이기도 하다.

2. 2. 용어의 기원

주변 기기들은 늘 핵심 처리 장치들보다 속도가 훨씬 느렸다. 이는 특히 초기 메인프레임에 심각한 문제였다. 이를테면, 천공 카드나 인쇄된 출력물을 직접 읽는 잡(job)이 느린 기계 장치들의 속도에 맞추어 강제 실행되었다. IBM의 "스풀 시스템"(7070-IO-076)과 같은 최초의 스풀링 프로그램들은 데이터를 천공 카드로부터 자기 테이프로 복사하거나 테이프에서 거꾸로 천공 카드 및 프린터로 복사하였다. 훨씬 더 빠르면서 랜덤 액세스를 지원하는 하드 디스크들은 1960년대 중반에 자기 테이프를 대체하기 시작했으며 1970년대까지 이러한 테이프 이용은 근절되었다.

1960년대 초 IBM 메인프레임의 단위 레코드 장비가 너무 느렸기 때문에 스풀링 대신 IBM 1401과 같은 소형 오프라인 머신을 사용하는 것이 일반적이었다.

스풀(spool)이라는 용어는 Simultaneous Peripheral Operations On-Line(SPOOL) 소프트웨어에서 기원한 것으로 짐작된다.[16] 어원 자체는 확실하지 않다. ''Simultaneous peripheral operations on-line''는 배크로님일 수 있다.[17] 다른 설명으로는 이것이 자기 테이프의 스풀, 즉 을 의미하는 것이기도 하다.

3. 작동 원리

스풀링은 버퍼, 메모리, 또는 디스크 장치 상의 특별한 영역에 출력 내용을 저장하고, 출력 장치가 처리를 수용할 수 있는 상태가 되었을 때 그 영역에서 장치로 출력을 수행하는 메커니즘이다. 이는 미싱의 실 감기 기구와 유사하다. 미싱 사용자가 실 감기 기구에 봉제 실을 놓아두면, 미싱은 필요에 따라 필요한 만큼의 실을 자동으로 당긴다.

스풀링을 하지 않으면 CPU는 주변 장치에 데이터를 조금씩 보내고, 주변 장치로부터의 "느린" 응답을 계속 기다리며, 소위 "계속 붙어 있는" 상태가 된다. 스풀링을 통해 주변 기기가 직접 접근할 수 있는 영역에 출력 데이터를 저장해두면, 주변 기기가 자동으로 해당 영역에서 데이터를 가져와 자신의 타이밍에 처리하기 때문에 CPU가 해방된다.

스풀링은 여러 장치가 서로 다른 처리 속도로 데이터에 접근하는 데 도움이 된다. 처리 속도가 느린 장치(대개 주변 장치)의 동작이 따라올 때까지 버퍼에 출력 데이터를 저장한다. 스풀링 대상이 되는 출력 데이터는 처리 대기열의 끝에서 추가 및 삭제될 뿐이며, 참조 순서의 변경이나 편집은 이루어지지 않는다. 또한, "CPU보다 느린 장치"가 처리를 하는 동안, CPU는 그 처리를 기다릴 필요 없이 다른 작업에 몰두할 수 있다.[1]

스풀을 적용하는 가장 대표적인 곳은 프린터 출력 작업이다. CPU가 프린터 출력을 직접 제어한다면 프린터의 인쇄 작업이 끝날 때까지 다른 일을 하지 못하게 된다. 그런데 실제로 작업 시간의 대부분은 CPU가 프린터의 요청을 기다리는 시간이기 때문에 CPU 사용 효율이 매우 낮다. 이런 문제를 해결하기 위해 프린터로 전송될 데이터를 하드디스크에 잠시 저장하고, CPU는 다른 일을 처리하면서 필요할 때마다 조금씩 프린터로 보내주는 방식으로 CPU 사용 효율을 향상시킬 수 있다.

스풀링은 테이프 장치와 같이 감기 기구를 갖춘 저장 장치에도 적용할 수 있다.

메일 전송 에이전트에 의해 전달된 전자 메일 및 메일 사용자 에이전트에 의해 운반되기를 기다리는 메일이 일시적으로 저장되는 기억 영역은 때때로 메일 스풀이라고 불린다. 마찬가지로, Usenet 배포 기사를 위한 기억 영역도 뉴스 스풀이라는 명칭으로 언급될 수 있다. (유닉스 계열 운영 체제에서 이러한 영역은 일반적으로 `/var/spool` 디렉터리에 배치된다) 다른 스풀과는 달리, 메일 및 뉴스 스풀은 일반적으로 개별 메시지 단위로 참조가 가능하다.

3. 1. 프린터 스풀링의 예

현대 운영 체제에서 스풀링의 가장 일반적인 용도는 인쇄이다. 인쇄를 위해 서식이 지정된 문서는 컴퓨터의 속도로 큐에 저장된 다음 프린터의 속도로 검색되어 인쇄된다.[1] 여러 프로세스는 대기하지 않고 문서를 스풀에 쓰고 다른 작업을 수행할 수 있으며, "스풀러" 프로세스는 프린터를 작동시킨다.[1]

예를 들어, 대규모 조직에서 급여 수표를 준비할 때 계산에는 몇 분 또는 몇 초 밖에 걸리지 않지만 인쇄 프로세스에는 몇 시간이 걸릴 수 있다. 급여 프로그램이 수표를 직접 인쇄하는 경우, 모든 수표가 인쇄될 때까지 다른 계산을 진행할 수 없다. 마찬가지로, 스풀링이 PC 운영 체제에 추가되기 전에는 워드 프로세서가 인쇄하는 동안 사용자와 상호 작용하는 것을 포함하여 다른 작업을 수행할 수 없었다.

스풀러 또는 인쇄 관리 소프트웨어는 인쇄 작업에 우선 순위를 할당하고, 사용자의 문서가 인쇄되었을 때 알리고, 여러 프린터 간에 인쇄 작업을 분산시키고, 각 문서에 적절한 용지를 선택하는 등 다양한 관련 기능을 포함하는 경우가 많다.

인쇄 서버는 스풀링 기술을 적용하여 여러 컴퓨터가 동일한 프린터 또는 프린터 그룹을 공유할 수 있도록 한다.

TSS/370에서 생성된 샘플 배너 페이지


프린트 스풀러는 각 문서와 작업의 시작과 끝에 '''배너 페이지''', '''버스트 페이지''', '''작업 시트''', 또는 '''프린터 분리자'''를 추가하도록 구성할 수 있다. 이러한 페이지들은 문서를 서로 분리하고, 각 문서를 식별하며(예: 제목으로), 누가 인쇄했는지(예: 사용자 이름 또는 작업 이름으로)를 명시한다. 배너 페이지는 소수의 프린터를 여러 사람이 공유하는 사무실 환경에서 유용하다. 또한 단일 작업으로 여러 문서를 생성할 수 있는 경우에도 유용하다. 구성에 따라 배너 페이지는 각 클라이언트 컴퓨터, 중앙 집중식 인쇄 서버 또는 프린터 자체에서 생성될 수 있다.

팬폴드 연속 양식을 사용하는 프린터에서 선행 배너 페이지는 두 번 인쇄되는 경우가 많았는데, 이렇게 하면 작업이 분리될 때 한 부가 항상 앞면이 위로 오도록 할 수 있다. 이 페이지에는 접힌 부분 위로 인쇄된 선이 포함될 수 있으며, 이는 인쇄된 출력물의 가장자리를 따라 보이므로 작업자가 쉽게 작업을 분리할 수 있다. 일부 시스템은 각 작업이 끝날 때 배너 페이지를 인쇄하여 사용자가 모든 인쇄물을 수집했는지 확인할 수도 있다.

가장 일반적인 스풀링 적용 사례는 인쇄 스풀링이다. 인쇄 스풀링에서는 인쇄 문서는 버퍼(일반적으로 디스크 상의 영역)에 저장되고, 프린터는 자체적으로 처리할 수 있는 속도로 버퍼에서 인쇄 문서를 가져온다. 인쇄 문서가 프린터에서 참조 가능한 버퍼에 저장되어 있기 때문에, 겉으로 드러나지 않는 곳에서 인쇄 처리가 계속되는 동안, 컴퓨터 이용자는 다른 컴퓨터 처리를 자유롭게 실행할 수 있다. 또한, 스풀링은 컴퓨터 이용자에게, 하나의 인쇄마다 종료를 기다린 후 다음 인쇄를 하도록 지정하는 대신, 큐에 다수의 인쇄 작업을 등록할 수 있도록 한다.

3. 2. 스풀링의 이점

스풀링은 처리 속도가 다른 여러 장치 간 데이터 접근에 유용하다. 속도가 느린 주변 장치가 작업을 처리하는 동안, 출력 데이터를 버퍼에 저장하여 CPU가 다른 작업을 할 수 있게 한다. 스풀링 대상 데이터는 처리 대기열 끝에서 추가 및 삭제되며, 참조 순서 변경이나 편집은 불가능하다. CPU는 느린 장치를 기다리지 않고 다른 작업에 집중할 수 있다.[1]

스풀링의 대표적인 예는 인쇄 스풀링이다. 인쇄 문서는 디스크 등의 버퍼에 저장되고, 프린터는 자체 속도로 버퍼에서 문서를 가져와 인쇄한다. 인쇄가 백그라운드에서 진행되는 동안, 사용자는 다른 컴퓨터 작업을 자유롭게 할 수 있다. 또한, 스풀링으로 여러 인쇄 작업을 큐에 등록해 한 번에 처리할 수 있다.[1]

예를 들어, 대규모 조직에서 급여 수표를 인쇄할 때 계산은 몇 분이면 되지만 인쇄에는 몇 시간이 걸릴 수 있다. 스풀링을 이용하면 급여 프로그램이 모든 수표를 인쇄할 때까지 기다리지 않고 다른 계산을 진행할 수 있다. PC 운영 체제에 스풀링이 추가되기 전에는 워드 프로세서가 인쇄 중 다른 작업을 할 수 없었다.[1]

스풀러 또는 인쇄 관리 소프트웨어는 인쇄 작업 우선순위 지정, 완료 알림, 여러 프린터 간 작업 분산, 용지 선택 등 다양한 기능을 제공한다. 인쇄 서버는 스풀링 기술로 여러 컴퓨터가 동일한 프린터 또는 프린터 그룹을 공유하게 한다.[1]

프린트 스풀러는 각 문서와 작업의 시작과 끝에 배너 페이지, 버스트 페이지, 작업 시트 또는 프린터 분리자를 추가할 수 있다. 이러한 페이지는 문서를 분리하고, 제목 등으로 식별하며, 사용자 이름 또는 작업 이름으로 인쇄한 사람을 표시한다. 배너 페이지는 여러 사람이 프린터를 공유하는 사무실 환경이나 단일 작업으로 여러 문서를 생성할 때 유용하다. 배너 페이지는 클라이언트 컴퓨터, 중앙 인쇄 서버 또는 프린터 자체에서 생성될 수 있다.[1]

팬폴드 연속 양식을 사용하는 프린터에서는 선행 배너 페이지를 두 번 인쇄하여 작업 분리 시 한 부가 항상 앞면이 위로 오도록 할 수 있다. 이 페이지에는 접힌 부분 위로 인쇄된 선이 있어 작업 분리가 쉽다. 일부 시스템은 작업 끝에 배너 페이지를 인쇄하여 모든 인쇄물 수집 여부를 확인하게 한다.[1]

4. 적용 분야

스풀링은 컴퓨터 시스템의 효율성을 높이기 위해 다양한 분야에 적용된다.

스풀링이 가장 대표적으로 적용되는 분야는 프린터 출력 작업이다. CPU가 프린터 출력을 직접 제어하면 프린터가 인쇄 작업을 완료할 때까지 다른 작업을 할 수 없어 CPU 사용 효율이 매우 낮아진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 프린터로 전송될 데이터를 하드디스크에 잠시 저장하고, CPU는 다른 작업을 처리하면서 필요할 때마다 조금씩 프린터로 데이터를 보내는 방식으로 CPU 사용 효율을 향상시킬 수 있다.[1]

전자 메일의 경우, 메일 전송 에이전트에 의해 전달된 메일 및 메일 사용자 에이전트에 의해 운반되기를 기다리는 메일이 일시적으로 저장되는 영역을 메일 스풀이라고 한다. Usenet 배포 기사를 위한 기억 영역도 뉴스 스풀이라고 불린다.

4. 1. 프린터 스풀링

CPU가 프린터 출력을 직접 제어하면 프린터의 인쇄 작업이 끝날 때까지 다른 일을 하지 못하고 대기해야 하기 때문에 CPU 사용 효율이 매우 낮아진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 프린터로 전송될 데이터를 하드디스크에 잠시 저장(스풀링)하고, CPU는 다른 작업을 처리하면서 필요할 때마다 조금씩 프린터로 데이터를 보내는 방식으로 CPU 사용 효율을 향상시킬 수 있다.[1]

오늘날 스풀링은 주로 인쇄에 사용된다. 인쇄를 위해 서식이 지정된 문서는 컴퓨터의 속도로 큐에 저장된 다음 프린터의 속도로 검색되어 인쇄된다. 여러 프로세스는 대기하지 않고 문서를 스풀에 쓰고 다른 작업을 수행할 수 있으며, "스풀러" 프로세스는 프린터를 작동시킨다.[1]

스풀러 또는 인쇄 관리 소프트웨어는 인쇄 작업에 우선 순위를 할당하고, 사용자의 문서가 인쇄되었을 때 알리고, 여러 프린터 간에 인쇄 작업을 분산시키고, 각 문서에 적절한 용지를 선택하는 등 다양한 관련 기능을 포함하는 경우가 많다.

인쇄 서버는 스풀링 기술을 적용하여 여러 컴퓨터가 동일한 프린터 또는 프린터 그룹을 공유할 수 있도록 한다.

프린트 스풀러는 각 문서와 작업의 시작과 끝에 '''배너 페이지''', '''버스트 페이지''', '''작업 시트''', 또는 '''프린터 분리자'''를 추가하도록 구성할 수 있다. 이러한 페이지들은 문서를 서로 분리하고, 각 문서를 식별하며(예: 제목으로), 누가 인쇄했는지(예: 사용자 이름 또는 작업 이름으로)를 명시한다. 배너 페이지는 소수의 프린터를 여러 사람이 공유하는 사무실 환경에서 유용하며, 단일 작업으로 여러 문서를 생성할 수 있는 경우에도 유용하다. 구성에 따라 배너 페이지는 각 클라이언트 컴퓨터, 중앙 집중식 인쇄 서버 또는 프린터 자체에서 생성될 수 있다.

팬폴드 연속 양식을 사용하는 프린터에서 선행 배너 페이지는 두 번 인쇄되는 경우가 많았는데, 이렇게 하면 작업이 분리될 때 한 부가 항상 앞면이 위로 오도록 할 수 있다. 이 페이지에는 접힌 부분 위로 인쇄된 선이 포함될 수 있으며, 이는 인쇄된 출력물의 가장자리를 따라 보이므로 작업자가 쉽게 작업을 분리할 수 있다. 일부 시스템은 각 작업이 끝날 때 배너 페이지를 인쇄하여 사용자가 모든 인쇄물을 수집했는지 확인할 수도 있다.

가장 일반적인 스풀링 적용 사례는 인쇄 스풀링이다. 인쇄 스풀링에서는 인쇄 문서는 버퍼(일반적으로 디스크 상의 영역)에 저장되고, 프린터는 자체적으로 처리할 수 있는 속도로 버퍼에서 인쇄 문서를 가져온다. 인쇄 문서가 프린터에서 참조 가능한 버퍼에 저장되어 있기 때문에, 겉으로 드러나지 않는 곳에서 인쇄 처리가 계속되는 동안, 컴퓨터 이용자는 다른 컴퓨터 처리를 자유롭게 실행할 수 있다. (프린트 서버를 이용하는 것으로, 컴퓨터 이용자는 다른 컴퓨터 처리를 자유롭게 실행할 수 있게 된다). 또한, 스풀링은 컴퓨터 이용자에게 하나의 인쇄마다 종료를 기다린 후 다음 인쇄를 하도록 지정하는 대신, 큐에 다수의 인쇄 작업을 등록할 수 있도록 한다.

4. 2. 기타 응용 분야

스풀링은 천공 카드 판독기 및 펀처, 자기 테이프 드라이브 및 기타 느리고 순차적인 I/O 장치에 대한 접근을 중재하는 데 사용된다. 이를 통해 응용 프로그램은 주변 장치를 정격 속도로 작동하면서 CPU 속도로 실행될 수 있다.

일괄 처리 시스템은 스풀링을 사용하여 실행 준비가 된 작업의 대기열을 유지하며, 시스템에 작업을 처리할 리소스가 있는 즉시 시작할 수 있다.

uucp와 같은 일부 저장 후 전달 메시징 시스템은 "스풀"을 사용하여 들어오는 메시지 및 나가는 메시지 대기열을 나타냈으며, 이 용어는 이메일 및 유즈넷 소프트웨어 문서에서 여전히 발견된다.

5. 주요 스풀링 시스템


  • IBM SPOOL 시스템, 7070-IO-076[1]
  • GCOS, OS/360 등 다양한 운영 체제의 통합 시설[1]
  • 부착 지원 프로세서(ASP) OS/360 및 OS/VS2 (SVS)[1]
  • 휴스턴 자동 스풀 우선순위(HASP) OS/360 및 SVS, 1960년대에 두각을 나타냄[1]
  • 작업 입력 하위 시스템(JES, 일명 JES1) OS/VS1[1]
  • 작업 입력 하위 시스템 2(JES2), HASP의 후속 제품[1]
  • 작업 입력 하위 시스템 3(JES3), ASP의 후속 제품[1]
  • 우선순위 출력 작성기, 실행 프로세서 및 입력 리더(POWER)[1]
  • GRASP[1]
  • IBM DOS/360, DOS/VS, 및 DOS/VSE 스풀러, 1975–1980년대의 The Spooler[1]
  • 버클리 인쇄 시스템(lpr/lpd)[1]
  • CUPS[1]
  • VM/370 RSCS(원격 스풀링 통신 하위 시스템)[1]
  • SDS 시그마 시리즈 컴퓨터의 공생체 및 협동체[1]

6. 윈도우의 프린터 스풀

대부분의 운영체제는 프린터에 대해 스풀 기능을 제공한다. 윈도우의 프린터 속성 창에는 스풀 기능을 끄거나 켜는 옵션, 스풀 종료 후 인쇄하거나 바로 인쇄를 시작하는 옵션, 작업 스케줄링에서 스풀된 문서를 먼저 인쇄하는 옵션 등이 있다. 스풀 기능 사용, 바로 인쇄 시작, 스풀된 문서를 먼저 인쇄하는 것이 기본 옵션이다.

참조

[1] 서적 The Spooler User Guide DataCorp of Virginia
[2] manual IBM 7070 SPOOL System IBM
[3] 서적 Systems Programming 1972
[4] 서적 Operating System Concepts Addison-Wesley 1984-07
[5] 서적 Modern Operating Systems Pearson Education, Inc.
[6] manual IBM System/360 and System/370 Asymmetric Multiprocessing System: General Information Manual, Program Number 360A-CX-15X IBM
[7] manual The HASP System, February 26, 1971 HASP II (360D-05.1-014) V3M1 IBM 1971-02-26
[8] manual z/OS V1R9.0 JES2 Introduction http://publib.boulde[...] IBM
[9] manual JES3 Overview IBM 1980-12
[10] manual DOS/VS POWER/VS Installation and Operations http://bitsavers.org[...] IBM 1974-09
[11] 웹사이트 Virtual Storage Extended / Priority Output Writers, Execution Processors and Input Readers https://web.archive.[...]
[12] 서적 CP-V Software: Concepts and Facilities Manual https://bitsavers.or[...] Honeywell 2023-12-06
[13] 문서 「一般の単語と化した頭字語(バクロニム)」(英語:backronym)だと考える人もいる。
[14] 서적 bit 単語帳 共立出版 1990-08-15
[15] 서적 systems programming
[16] 서적 IBM 7070 SPOOL System IBM
[17] 서적 Modern Operating Systems Pearson Education, Inc.



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