시스템콜 (System Call)
사용자 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출하는 것
-
의도적으로 인터럽트를 발생 시켜서 CPU 제어권을 OS를 통해 사용자 프로그램으로 넘긴다. (Mode bit=1에서 Mode bit=0으로 변경)
-
사용자 프로그램은 CPU에 직접 접근이 불가능하다. 그래서 Mode bit을 1에서 0으로 바꿔 OS에게 필요한 서비스를 요청한다.
동기식 입출력 (Synchronous I/O)
I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램에 넘어간다. (순차적)
ex) 프로그램에서 필요한 데이터를 읽어와서 처리해야 되는 경우 => 동기식처리
구현 방법 1
- I/O가 끝날 때까지 CPU를 낭비시킴
- 매시점 하나의 I/O만 일어날 수 있음
하나의 작업이 끝날때까지 기다렸다가 작업이 끝나면 다음 작업을 시작하는 방법이다.
구현방법 2
- I/O가 완료될 때까지 해당 프로그램에게서 CPU를 빼앗음
- I/O 처리를 기다리는 줄에 그 프로그램을 줄 세움
- 다른 프로그램에게 CPU를 줌
작업중에 오래걸리는 작업은 뒤로 미뤄두고 먼저 끝나는 작업부터 처리하는 방법이
다.
여기서 오래 걸리는 작업을 뒤로 미뤄둔다는 의미는 아무것도 안하면서 뒤로 미루는게 아니다. 예를들어 A버퍼에는 물이 꽉차있고, B버퍼는 물이 빈 상태에서 이제 차기 시작한다. 그럼 A버퍼를 먼저 처리하면서 B버퍼에는 물이 차고있을거다. 그러면 A버퍼를 처리 한 후에 B버퍼를 처리한다는 소리다.
비동기식 입출력 (Asynchronous I/O)
I/O가 시작된 후 입출력 작업이 끝나기를 기다리지 않고 제어가 사용자 프로그램에 즉시 넘어간다. (비순차적)
ex) 프로그램에서 필요한 데이터 없이 글을 쓰는 과정 -> 비동기식 처리
(동기식, 비동기식) 입출력 모두 I/O의 완료는 인터럽트로 알려준다.
Memory Mapped I/O
-
메모리와 I/O가 하나의 연속된 주소영역에 할당된다. 따라서 I/O가 차지하는 만큼 메모리 용량은 감소한다. CPU입장에서는 메모리와 I/O가 동일한 외부기기로 간주되므로 이들을 액세스 하기위하여 같은 신호를 사용한다. (read/write) 또한 소프트웨어적으로도 메모리에 대한 액세스나 I/O에 대한 데이터 입출력이 동일한 것으로 간주되므로 Load나 Store 명령에 의해 수행된다.
-
위 방식의 가장 큰 장점은 포트 입출력을 구현할 때 부수적인 복잡성이 없어지기 떄문에 CPU 내부적으로 로직이 덜 필요하고, 이는 더 저렴하고 빠르고 쉬운 CPU를 만들 수 있게 한다. 이 점이 RISC가 추구하는 바와 같다. 이러한 특징은 임베디드 시스템 구현시 장점으로 적용한다. 하지만 주소와 데이터 버스를 많이 사용하게 되어, 메인 메모리에 접근하는 것 보다 매핑된 장치에 접근하는 것이 더 느리다.
(대표적인 프로세서: ARM, MIPS, PowerPC, M68K)
- 사용시 I/O영역 변수는 volatile 타입으로 선언해야 한다. (컴파일러의 최적화 방지)
- I/O영역은 Non-cacheable로 설정해야 한다.(캐시메모리로 접근할 경우, 변경된 내용은 가져올 수 없을 수도 있다.)
I/O Mapped I/O
-
메모리와 I/O가 별개의 주소영역에 할당된다. 따라서 I/O를 사용하더라도 메모리 용량은 감소하지 않는다. CPU의 입장에서는 메모리와 I/O를 구분하여 취급해야 하므로 이들을 액세스하기 위해서는 RD, WR 신호 이외에 추가적으로 I/O에 접근하기 위한 신호가 필요하다. 소프트웨어 적으로도 메모리에 대한 데이터의 액세스와 I/O에 대한 데이터의 입출력이 서로 다른 것으로 간주된 메모리에 대한 액세스는 Load/Store에 의해 수행되고 I/O의 입출력은 Input이나 Output 명령에 의해 수행된다.
-
이 방식의 가장 큰 장점은 어드레싱 능력이 제한된 CPU를 사용할 떄 이다. 입출력 접근을 메모리 접근과 분리하기 떄문에 메모리용으로 주소영역 전체를 사용할 수 있다. 또한 어셈블리어상에서 소스를 볼 때 입출력 수행 루틴을 알아보기 쉽다.
(주로 Interl 계열의 프로세서에서 사용한다. x86)
RISC는 Reduced Instruction Set Computer의 약자로, CPU 명령어의 갯수를 줄여 하드웨어 CISC보다 구조를 조금 더 간단하게 만드는 방식이다.
- 참고로 ARM Processor는 임베디드 시스템상의 프로세서로 RISC구조이며 Memory Mapped I/O(MMIO) 방식을 취하고 있다.
- ARM 어셈블러나 c로 작성할 때, 실제로 메모리 주소를 포인터로 잡아서 값에 접근하는 모습을 볼 수 있다
- 특히, 어셈블러상에서 in/out과 같은 I/O port 접근 명령어가 따로 존재하지 않고, 일반 메모리에 대한 접근인 id/st 명령어를 사용한다.
참고
저장장치 계층 구조
위로 갈수록 빠르고, 비싸고, 용량이 적다.
CPU가 직접 접근한 부분은 Primary,
CPU가 직접 접근하지 못하는 부분은 Secondary
