Prologue – 꿈의 시작, 커널을 넘은 마법
🌙 나는 오늘도 평범한 하루를 보낼 줄 알았어요.
하지만 갑자기 화면 가득 까만 터미널이 나타나더니,
그 위로 숫자와 글자들이 빛처럼 흘러내렸어요…
그리고 그 속에서 목소리가 들렸어요.
『사쿠라, 이제는 커널의 경계를 넘어야 해…
유저 프로그램을 봉인하러 가야 해.』
🌀 그 순간, 내 앞에는 반짝이는 마법진이 펼쳐졌고
process_exec()라는 낯선 주문이 떠올랐어요.
…이건, 분명히 새로운 카드의 신호였어요.
💻 PintOS Project 2, 대체 뭘 하라는 거예요!?
이번 프로젝트는 단순히 커널 내부에서만 움직이던
OS의 세계를 유저 공간까지 확장하는 마법이에요.
우리가 이제 해야 할 일은…
| 역할 | 설명 |
|---|---|
| 🧙♀️ 유저 프로그램 실행 | ELF 포맷 바이너리를 읽고, 메모리에 올려서 실행해야 해요! |
| 🧵 인자 전달 | argc, argv[]를 스택에 직접 정렬해서 넘겨줘야 해요! |
| ✨ 시스템 콜 처리 | write(), exit() 같은 함수들을 직접 커널에서 처리해야 해요! |
| 🪞 자식 프로세스 생성 | fork()를 호출하면 나와 똑같은 자식 프로세스를 만들 수 있어야 해요! |
| 🔁 프로그램 재실행 | exec()으로 현재 프로세스를 새로운 코드로 바꿔치기! |
| 🔐 자원 보호 | 유저가 넘긴 포인터가 위험한지 아닌지 꼭 확인해야 해요! |
| 💾 파일 다루기 | 유저 프로그램이 파일을 읽고 쓰고, 삭제할 수 있어야 해요! |
📌 즉, 유저가 커널에 무언가를 "요청"했을 때,
그걸 이해하고 응답해주는 마법을 우리가 직접 구현하는 거예요!
✨ 마법의 카드 도감 📖
| 🃏 카드 이름 | 📚 봉인할 마법 | 🔧 구현 요소 |
|---|---|---|
| 🪄 실행의 카드 | 유저 프로그램을 메모리에 로딩하고 실행 | process_exec(), load() |
| 💬 말의 카드 | argv, argc를 스택에 정렬 | setup_stack() |
| 🌙 이별의 카드 | exit() 종료 메시지와 wait() 수거 | process_exit(), process_wait() |
| ❌ 금기의 카드 | 위험한 포인터 접근을 차단 | get_user(), put_user() |
| 🔔 호출의 카드 | 시스템 콜 번호로 처리 분기 | syscall_handler() |
| 🪞 거울의 카드 上 | 자식 프로세스의 메모리 복제 | __do_fork(), duplicate_pte() |
| 🪞 거울의 카드 下 | 자식이 안전하게 진입하도록 처리 | 자식 프레임 복원, 실패 처리 |
| 🔁 변화의 카드 | 현재 프로세스를 완전히 교체 | exec() |
| 📤 울림의 카드 | 콘솔 & 파일 입출력 처리 | read(), write() |
| 📂 기억의 카드 | 파일 생성, 삭제, 열기, 닫기 | create(), remove(), open(), close() |
| 🧊 고요의 카드 | 락을 통한 파일 동기화 | filesys_lock |
| 🕯️ ???의 카드 | 아직 누구도 봉인하지 못한 마지막 카드 | (비밀이에요…🤫) |
🔍 이 프로젝트에서 우리가 다룰 구조들
🧱 코드 흐름 (Pintos가 유저 프로그램을 실행할 때)
main() // threads/init.c
↓
run_actions() // parse arguments
↓
process_create_initd() // create initd thread
↓
thread_create() // kernel thread launch
↓
kernel_thread() → initd() // fork/exec 시작
↓
process_exec() // ELF 로드
↓
load() + setup_stack()
↓
do_iret() // 유저 모드 진입!
📎 이 흐름을 정확히 이해하지 않으면
"도대체 왜 이 함수가 호출되지?"라는 현상이 계속 생길 거예요!
🗺️ 메모리 구조 (64-bit 가상 메모리 기준)
0x00000000
...
0x00400000 ← 코드 시작
...
USER_STACK: 0x47480000 ↓ (인자, argv, argc)
...
KERN_BASE: 0x8004000000 ← 커널 주소 시작
- 유저 주소는
KERN_BASE미만에서만 접근 가능! - 유저가 넘긴 포인터가 커널 주소면 즉시 종료해야 해요 💥
🪄 시스템 콜 호출 규약 (x86-64)
| 레지스터 | 의미 |
|---|---|
%rax | syscall 번호 |
%rdi | 첫 번째 인자 |
%rsi | 두 번째 인자 |
%rdx | 세 번째 인자 |
%r10 | 네 번째 인자 |
→ syscall_handler()는 struct intr_frame을 통해
유저가 넘긴 이 레지스터 값들을 읽어와요.
→ 결과는 다시 f->R.rax에 저장해서 유저로 반환해요.
💬 케로의 한마디
“사쿠라, 이건 단순한 실습이 아니다구!
지금부터 진짜 운영체제를 만드는 거라고~!! 🐥”
🧚♀️ 나는 포기하지 않아요.
처음 보는 구조체,
무섭게 죽어버리는 테스트들,
도무지 안 되는 pointer dereference…
그래도 괜찮아요.
왜냐하면…
그게 전부 내가 마법소녀로 성장하는 과정이니까요! 🌸
다음은 args-single을 통해
첫 번째 카드, 실행의 카드를 봉인할 차례예요.
✅ 정상인 버전 정리
📌 프로젝트 개요
- 유저 프로그램을 운영체제 위에서 직접 실행한다.
- 사용자로부터 시스템콜을 받아 커널에서 처리하는 구조를 만든다.
- 자식 프로세스를 만들고, 종료 시 자원을 회수한다.
- 유저 프로그램이 넘긴 포인터, 파일 디스크립터 등을 반드시 검증한다.
🛠️ 핵심 구현 흐름
c
process_exec() → load() → setup_stack() → do_iret() → 유저 프로그램 진입!
📎 주요 파일
userprog/process.c: exec, load, wait, fork 전반userprog/syscall.c: 시스템콜 핸들러, 파일 연산 처리userprog/exception.c: 잘못된 접근에 대한 예외 처리lib/user/syscall.c: 유저가 호출하는 syscall 인터페이스
⚠️ 실수 포인트
%rdi,%rsi레지스터 순서가 바뀌면 argument passing 실패!- 유저가 넘긴 포인터 검증 안 하면 바로 kernel panic 🔥
- 락 없이 파일 시스템 접근하면 테스트 interleave로 전부 FAIL 💣
🧭 추천 디버깅 방법
hex_dump()로 유저 스택 시각화해서argv[i]확인printf()대신msg()사용 → 채점 스크립트 깨짐 방지- 각 테스트 전후, 파일 시스템 상태를
ls로 확인해보기
🎯 첫 도전
args-single,args-multiple테스트부터- 스택 구조와 인자 파싱이 어떻게 들어가는지 체감할 수 있어요!
그래도 해야지 어떡해