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시스템 콜(System Call)이란?

운영체제는 사용자 프로그램(user program)이 직접 하드웨어나 커널 자원에 접근하는 걸 금지한다. 대신, 사용자 프로그램이 운영체제에 요청(Request) 하는 공식적인 인터페이스가 있는데, 이것을 시스템 콜(System Call) 이라고 부른다.

간단히 말해:

"커널님, 이거 대신 해주세요!" 라고 정중히 요청하는 방식.

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시스템 콜이 필요한 이유

운영체제가 사용자 프로그램을 보호하는 보안 경계(User-Kernel Boundary) 를 가지고 있기 때문에, 다음과 같은 동작은 직접 수행할 수 없고 시스템 콜을 통해 요청해야 한다:

• 파일을 생성하거나 읽고 쓰기
• 프로세스를 생성하고 실행하기
• 디바이스(입출력 장치) 사용하기
• 프로그램 종료하기

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PintOS에서 우리가 구현해야 할 시스템 콜

PintOS는 우리가 직접 시스템 콜 인터페이스를 구현해야만 테스트를 통과할 수 있도록 설계되어 있다. 총 4가지 범주로 정리된다.

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[1] 파일 시스템 관련 시스템 콜

이름	설명	예시 테스트
create	파일 생성	create-normal, create-empty
open	파일 열기	open-normal, open-null, open-boundary
close	파일 닫기	close-normal, close-twice
read	파일 또는 stdin 입력	read-normal, read-stdin
write	파일 또는 stdout 출력	write-normal, write-stdout
remove	파일 삭제	syn-remove
filesize	열린 파일의 크기 반환	내부 테스트용
seek, tell	파일 위치 제어	내부 테스트용

구현 위치
→ userprog/syscall.c 내부에 직접 구현하고
→ syscall_handler() 함수에서 switch-case로 분기 처리한다.

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[2] 프로세스 제어 시스템 콜

이름	설명	예시 테스트
halt	PintOS 종료	halt
exit	프로세스 종료	exit, wait-simple
fork	현재 프로세스를 복제	fork-once, fork-recursive
exec	새로운 프로그램 실행	exec-once, exec-bad-ptr
wait	자식 프로세스 기다림	wait-simple, wait-bad-pid

관련 구조체

• struct thread, struct child_info
  구현 위치
• process.c, syscall.c, thread.c 등

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[3] 입출력 관련 시스템 콜

• read() : fd == 0이면 키보드 입력
• write() : fd == 1이면 화면 출력

stdin, stdout이 아닌 경우에는 파일 디스크립터 테이블을 통해 접근

관련 테스트
read-stdin, write-stdout, read-bad-fd, write-bad-ptr 등

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[4] 예외 처리 및 메모리 검증 관련

잘못된 포인터, 잘못된 파일 디스크립터, 커널 영역 접근 등 예외 케이스들을 처리하지 않으면 테스트 실패

테스트 이름	검증 항목
read-bad-ptr	커널 메모리 접근 시도 차단
write-zero	0바이트 write 정상 처리
bad-read2, bad-write2	잘못된 주소 접근 감지
bad-jump, bad-jump2	실행 흐름이 이상한 경우 처리

방어 코드

• is_user_vaddr(ptr)
• ptr < PHYS_BASE
• pml4_get_page() 등으로 유효성 검사 후 exit(-1) 호출

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시스템 콜 처리 흐름 요약

유저 프로그램 syscall → INT 0x80 → syscall_entry.S → syscall_handler() → sys_XXX() 호출

각 syscall은 커널 영역의 syscall.c에 정의되며, 필요한 경우 filesys.c, process.c, thread.c 등의 파일과 연계되어 동작함.

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테스트 케이스와 시스템 콜 매핑

테스트 케이스	필요한 시스템 콜	메모
args-none ~ args-many	exec, exit, wait	Argument Passing도 연결됨
halt	halt	전원 끄기
exit	exit	exit status 확인
fork-*	fork, wait, exit	메모리 복사 및 복제 확인
create-*	create	파일 생성 유효성
open-*	open	파일 디스크립터 정상 처리
close-*	close	파일 해제 확인
read-*	read	stdin 및 파일 읽기
write-*	write	stdout 및 파일 쓰기
bad-*	모든 시스템 콜 + 유효성 검사	포인터/FD/경계 오류 테스트
syn-remove	remove	파일 삭제
multi-*, lg-*, sm-*	전체 연동 테스트	시스템콜 전체 구현 검증용

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정리

• 시스템 콜은 사용자 프로그램이 커널에 요청하는 유일한 통로
• 우리가 구현하는 시스템 콜은 파일, 프로세스, 입출력, 예외 처리 등을 다룸
• 시스템콜은 단순히 함수 구현이 아니라 보안 경계, 유효성 검증, 자원 관리까지 다 포함하는 커널 기능
• syscall_handler()가 엔트리포인트이고, sys_XXX() 함수들이 실제 처리 담당