[OS] KOCW 운영체제 강의 정리 (반효경) - 2. System Structure & Program Execution(1)

 Chapter 2. System Structure & Program Execution(1)

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🎈 컴퓨터 시스템 구조

• Computer
  • CPU + Memory를 (좁은 의미의) 컴퓨터라고 한다.
• I/O device
  • 나머지는 IO 디바이스로 이루어져 있다. Input은 입력, Output은 출력이다.
  • CPU는 매 클럭 사이클 마다 인터럽션 interruption을 수행해 input을 읽어오고, output을 수행한다.

• CPU
  • 매 클럭 사이클마다 메모리에서 기계어를 읽어다가 실행한다
  • CPU는 메모리하고만 소통한다
• Timer
  • time sharing을 구현하기 위한 하드웨어
  • interrupt 발생 시간 설정한다
  • 프로세스가 혼자서 계속 CPU 점유하는 것을 막는다
• Memory
  • main memory : CPU의 작업공간
  • local buffer : 각 device의 작업공간
• I/O device
  • input device : 키보드
  • output device : 프린트기, 모니터
  • input / output device : Disk

 

🎈 Mode bit

사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램 및 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치

• CPU 안에서 처리하고 있는 프로그램을 구분해준다
  • 0 : (Kernel mode, Monitor mode, system mode)
    • CPU 제어권이 운영체제로 넘어간 상태로, 운영체제 코드를 실행한다
    • 모든 자원 접근 가능
  • 1 : (User mode)
    • 권한이 없는 사용자 애플리케이션은 자기 메모리 영역 내에 있는 주소만 접근 가능

 

🎈 I/O Device Controller

해당 I/O 장치 유형을 관리하는 일종의 작은 CPU

• 로컬 버퍼를 저장공간으로 사용하고 처리가 끝나면 CPU에게 인터럽트를 건다
• device driver (장치구동기)
  • OS 코드 중 각 장치별 처리 루틴을 의미한다 => Software 영역
• device Controller (장치제어기)
  • 각 장치를 통제하는 일종의 작은 CPU => Hardware 영역

 

🎈 DMA Controller

I/O의 과도한 Interrupt를 방지하기 위한 Controller

• CPU를 효율적으로 사용할 수 있도록 도와줌

 

🎈입출력(I/O)의 수행

• 모든 입출력 명령은 특권명령(커널모드)으로만 가능
• 사용자 프로그램은 어떻게 입출력을 하는가?
  • System Call 요청
    • 사용자 프로그램은 OS에게 I/O 요청
  • Trap을 사용하여 인터럽트 벡터의 특정 위치로 이동
  • 제어권이 인터럽트 벡터가 가리키는 인터럽트 서비스 루틴으로 이동
  • 올바른 I/O 요천인지 확인 후 I/O수행
  • I/O 완료 시 제어권을 시스템 콜 다음 명령으로 옮김

 

🎈 시스템 콜(System Call)

시스템콜(System call)은 사용자 프로그램이 운영체제에게 I/O요청을 하는 것을 의미

• 이것은 인터럽트의 일종이기 때문에 인터럽트 요청 라인에서 서술항 발생, 포착, 디스패치, 정리의 순서를 따른다.
• 사용자 프로그램 내부 함수 호출을 한다면 메모리 주소가 변경되면서 호출하겠지만,
  • mode bit 1 , 접근이 제한되어 있음
• 사용자 프로그램에서 운영체제 커널함수를 호출한다면? (사용자 프로그램이 Disk에 접근하고 싶은 상황)
  • mode bit 1이라서 운영체제 코드에 접근 못함
  • 사용자 프로그램이 OS에 접근하기 위한 interrupt를 걸어버림 (소프트웨어 인터럽트)
  • 다음 프로세스로 안 넘어가고 interrupt가 왔기 때문에 mode bit을 0으로 만들고 CPU제어권을 운영체제로 넘어감
  • 부탁한 일을 운영체제가 할 수 있게 됨

 

🎈 인터럽트(Interrupt)

• 인터럽트 당한 시점의 레지스터와 program counter를 save 한 후 CPU의 제어를 인터럽트 처리 루틴에 넘긴다

• 넓은 의미
  • interrupt (하드웨어 인터럽트) : 하드웨어가 발생시킨 인터럽트. 일반적인 의미의 Interrupt
    • I/O 처리 종료
  • Trap (소프트웨어 인터럽트)
    • Exception : 프로그램이 오류를 범한 경우
    • System call : 프로그램이 커널 함수를 호출하는 경우
      • 사용자 프로그램이 I/O 접근이 필요할 때
• 인터럽트 종류는 많다
  • timer 인터럽트, 키보드 인터럽트, 등등등…
• 인터럽트마다 해야 될 일이 다르다
  • 운영체제 코드에 상황마다 어떻게 해야 될지 적혀있음
  • 인터럽트 벡터 : 인터럽트 처리 함수 테이블, 해당 인터럽트의 처리 루틴 주소를 가지고 있음
  • 인터럽트 처리 루틴 : 인터럽트 처리 함수

 

 

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