[운영 체제] Chapter 2 | System Structure & Program Execution 1

컴퓨터 시스템 구조

• 매 cluck마다 memory에서 instruction(기계어)을 읽어 CPU에서 실행

• Disk에서 가져오거나 저장

  • 내부를 통제하는 것은 각각의 device controller (CPU 역할)
  • 작업 공간 : local buffer

• CPU에 제어 정보를 저장할 수 있는 작은 공간 : register

• CPU가 무한 루프를 돌거나 I/O의 개입을 필요로 할 때 : Interrupt line 체크

  • 특정 프로그램이 CPU를 독점하는 것을 막을 때 : timer로 관리
  • timer로 인해 Interrupt line에 무언가 걸려 오면 OS를 통해 CPU에게 전달됨

• OS는 timer를 걸거나 CPU 제어를 하며 프로그램 관리

  • Interrupt I/O가 들어오면 데이터가 저장된 local buffer를 확인하며 CPU 할당

• DMA controller, Memory controller도 존재

  • Direct Memory Access(DMA) : 메모리를 CPU와 DMA가 접근
  • memory controller는 두 장치의 충돌을 방지하기 위해 교통 정리
  • I/O가 자주 interrupt 걸어오기 때문에 CPU의 피로도를 막기 위해 설치

Mode bit

• CPU를 운영 체제가 가지고 있느냐, 사용자 프로그램이 가지고 있느냐 표시

  • 0 : 모니터(커널) 모드 - OS가 CPU에서 실행중일 때, 무엇이든 실행
  • 1 : 사용자 모드 - 사용자 프로그램이 instruction을 수행하다가 I/O가 들어오면 NO!

• 보안을 해칠 수 있는 명령어는 모니터 모드(0)에서만 수행 가능 : "특권 명령"

Timer

• 정해진 시간이 흐른 뒤 운영 체제에게 제어권이 넘어가도록 interrupt를 발생시킴

• 매 클럭 틱 마다 1씩 감소

  • 0이 되면 타이머 interrupt 발생

Device Controller

• I/O 장치를 관리하는 작은 CPU

  • 제어 정보가 담긴 register와 데이터가 담긴 local buffer로 구성

• Device controller : 하드웨어

• Device driver : 소프트웨어

  • 동작 코드가 담긴 매뉴얼은 펌웨어

입출력(I/O)의 수행

• 시스템콜(system call)
  • 사용자 프로그램이 운영 체제에게 I/O 요청하는 것
  • device controller가 interrupt 하듯이 프로그램이 직접 접근 (mode bit 1 → 0)

인터럽트(Interrupt)

• 인터럽트 당한 시점의 레지스터와 program counter를 save한 후 CPU의 제어를 인터럽트 처리 루틴에 넘김

• 현대의 운영 체제는 인터럽트에 의해 구동됨

  • 인터럽트가 들어올 때에만 OS가 작동되고 나머지는 사용자 프로그램이 쓰는 구조

• 넓은 의미의 Interrupt

  • 하드웨어 인터럽트
  • Trap : 소프트웨어 인터럽트
    • Exception(e.g. Divided by zero) : 오류를 범할 경우
    • 시스템콜(System Call) : 프로그램이 커널 함수 호출

• 인터럽트 벡터

  • 해당 인터럽트의 처리 루틴 주소를 가짐

• 출처 : [운영체제] 이화여대 반효경 교수