컴퓨터 시스템 구조
현대 운영체제는 인터럽트 구동식
Cpu ↔ 각종 컨트롤러 사이에 왔다갔다하는 행동이 인터럽트 방식으로 작동됨
Mode bit
- 사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램 및 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치 필요
- 모드 비트를 통해 하드웨어적으로 두 가지 모드의 operation 지원 1 사용자 모드 : 사용자 프로그램 수행 0 모니터 모드(커널, 시스템) : OS 코드 수행 보안을 해칠 수 있는 중요 명령어는 모니터 모드에서만 수행 가능한 ‘특권 명령’으로 규정 Interrupt나 Exception 발생시 하드웨어가 mode bit을 0으로 바꿈 사용자 프로그램에게 CPU를 넘기기 전에 mode bit을 1로 세팅
Timer
- 타이머 정해진 시간이 흐른 뒤 운영체제에게 제어권이 넘어가도록 인터럽트를 발생시킴 타이머는 매 클럭 틱 때마다 1씩 감소 타이머 값이 0이 되면 타이머 인터럽트 발생 CPU를 특정 프로그램이 독점하는 것으로부터 보호
- 타이머는 Time sharing 을 구현하기 위해 널리 이용됨
- 타이머는 현재 시간을 계산하기 위해서도 사용
Device Controller
- I/O device controller 해당 I/O 장치유형을 관리하는 일종의 작은 CPU 제어 정보를 위해 control register, status register를 가짐 local buffer를 가짐 ( 일종의 data register)
- I/O는 실제 device 와 local buffer 사이에서 일어남
- Device controller는 I/O가 끝났을 경우 interrupt로 CPU에 그 사실을 알림
☆ device driver (장치 구동기) : OS 코드 중 각 장치별 처리루틴 → software
☆ device controller (장치 제어기) : 각 장치를 통제하는 일종의 작은 CPU →hardware
입출력(I/O)의 수행
- 모든 입출력 명령은 특권 명령
- 사용자 프로그램은 그러면 어떻게 I/O를 하는가?
- 시스템콜(system call) 사용자 프로그램은 운영체제에게 I/O 요청
- trap을 사용하여 인터럽트 벡터의 특정 위치로 이동
- 제어권이 인터럽트 벡터가 가리키는 인터럽트 서비스 루틴으로 이동
- 올바른 I/O 요청인지 확인 후 I/O 수행
- I/O 완료 시 제어권을 시스템콜 다음 명령으로 옮김
- 시스템콜(system call) 사용자 프로그램은 운영체제에게 I/O 요청
인터럽트
- 인터럽트란? CPU가 어떤 프로그램을 실행하고 있을 때, 입출력 하드웨어 혹은 소프트웨어에 의해 예외상황이 발생하여 처리가 필요한 경우, CPU에게 이를 알려주는 것을 말한다.
- 인터럽트 처리과정 : 인터럽트 당한 시점의 레지스터와 program counter를 save 한 후 CPU의 제어를 인터럽트 처리 루틴에 넘긴다.
- Interrupt (넓은 의미)
- interrupt(하드웨어) : 하드웨어가 발생시킨 인터럽트
- Trap(소프트웨어) Exception : 프로그램이 오류를 범한 경우 System call : 프로그램이 커널 함수를 호출한 경우
- 인터럽트 관련 용어
- 인터럽트 벡터 : 해당 인터럽트의 처리 루틴 주소를 가지고 있음
- 인터럽트 처리 루틴 (=Interrupt Service Routine, 인터럽트 핸들러) : 해당 인터럽트를 처리하는 커널 함수
시스템 콜
- 사용자 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출하는 것
동기식 입출력과 비동기식 입출력
- 동기식 입출력 (Synchronous I/O)
- I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램에 넘어감
- 구현 1 : I/O가 끝날 때까지 CPU를 낭비시킴 , 매시점 하나의 IO만 일어날 수 있음
- 구현 2 : I/O가 완료될 때까지 해당 프로그램에게서 CPU를 빼앗음, IO 처리를 기다리는 줄에 그 프로그램을 줄 세움, 다른 프로그램에게 CPU를 줌
- 비동기식 입출력 (Asynchronous I/O)
- I/O가 시작된 후 입출력 작업이 끝나기를 기다리지 않고 제어가 사용자 프로그램에 즉시 넘어감
☆ 두 경우 모두 I/O의 완료는 인터럽트로 알려줌
DMA(Direct Memory Access)
- 빠른 입출력 장치를 메모리에 가까운 속도로 처리하기 위해 사용
- CPU 중재 없이 Device controller가 Device의 buffer storage의 내용을 메모리에 block 단위로 직접 전송
- 바이트 단위가 아니라 block 단위로 인터럽트를 발생시킴
서로 다른 입출력 명령어
- I/O를 수행하는 special instruction에 의해
- Memory Mapped I/O에 의해
저장장치 계층 구조
프로그램의 실행
프로그램에서 필요한 코드부분을 메모리에 올려 실행할때 잠시 사용한다.
(메모리 load)
사용자 프로그램이 사용하는 함수
- 사용자 정의 함수 : 자신의 프로그램에서 정의한 함수
- 라이브러리 함수 : 갖다 쓴 함수, 프로그램의 실행 파일에 포함되어 있음
- 커널 함수 : 운영체제 프로그램의 함수, 커널 함수의 호출 = 시스템 콜
SSAFY 7기