1️⃣ System Call
시스템 호출이란 사용자 프로그램이 실행 중인 운영체제의 커널(kernel)에 서비스를 요청하는 프로그래밍적 방법
- 사용자 프로그램은 직접 커널 자원에 접근할 수 없기 때문에
- 운영체제가 제공하는 시스템 호출 인터페이스를 통해서만 요청을 보낼 수 있다
👉 프로세스와 운영체제 사이의 인터페이스 역할
✔ System Call의 특징
- 사용자 수준(user-level) 프로세스가 운영체제 서비스를 요청할 수 있게 한다
- 시스템 호출은 트랩(trap)의 특별한 형태이다
- 트랩은 소프트웨어 인터럽트이다
✔ System Call 동작 과정
- 사용자 모드(User Mode)에서 시스템 호출 발생
- CPU가 커널 모드(Kernel Mode)로 전환
- 커널이 요청된 작업 처리
- 다시 사용자 모드로 복귀
📌 중요 포인트
시스템 호출이 발생하면 반드시 User Mode → Kernel Mode → User Mode 전환이 일어난다.
2️⃣ 인터럽트(Interrupt)
✔ 인터럽트란?
현재 실행 중인 작업을 중단하고, 즉시 처리해야 할 이벤트가 발생했음을 알리는 신호
- 인터럽트는 프로세서(CPU)에 현재 실행 흐름을 바꾸도록 요청한다
- 주로 하드웨어 장치에 의해 발생한다
✔ 인터럽트 처리 과정
- 현재 실행 중인 작업(프로세스) 중단
- 현재 상태(Context) 저장
- 인터럽트 핸들러(Interrupt Handler) 실행
- 인터럽트 처리 완료 후
- 중단되었던 작업 재개
| Trap | Interrupt |
|---|---|
| 트랩은 사용자 프로그램이 운영체제에게 즉시 어떤 기능을 수행하도록 지시하기 위해 발생시키는 신호이다. | 인터럽트는 즉각적인 처리가 필요한 이벤트가 발생했음을 알리기 위해 하드웨어가 CPU에 보내는 신호이다. |
| 동기적(synchronous) 처리 방식이다. | 비동기적(asynchronous) 처리 방식이다. |
| 모든 트랩은 인터럽트이다. | 모든 인터럽트가 트랩인 것은 아니다. |
| 사용자 프로그램의 명령어에 의해 생성된다. | 하드웨어 장치에 의해 생성된다. |
| 소프트웨어 인터럽트라고도 불린다. | 하드웨어 인터럽트라고도 불린다. |
| 운영체제 내의 특정 기능을 실행하며, 제어를 트랩 핸들러(trap handler)에게 넘긴다. | CPU가 특정 인터럽트 핸들러(interrupt handler) 루틴을 실행하도록 강제한다. |
3️⃣ 트랩(Trap)
✔ 트랩이란?
동기적(synchronous) 소프트웨어 인터럽트
- 트랩은 사용자 프로세스에 의해 의도적으로 또는 오류로 발생한다
- 운영체제 기능을 호출하거나, 예외 상황을 처리하기 위해 사용된다
✔ 트랩 발생 원인
1. 명령어 오류
- 0으로 나누기 (division by zero)
- 잘못된 메모리 접근 (illegal memory access)
2. 시스템 호출
- 사용자 프로그램이 운영체제에 서비스 요청(system call)을 할 때
- 이때도 내부적으로 트랩이 발생한다.
✔ 트랩 예시: printf()
printf("%s\n", str);printf()는 사용자 공간(User Space)의 C 라이브러리 함수- 내부적으로
write()시스템 호출을 사용 write()시스템 호출이 실제로 출력 장치에 데이터를 전달
즉,
printf() → write() → 시스템 호출 → 트랩 발생 → 커널 처리4️⃣ 시스템 호출의 주요 분류 (6가지)
| 분류 | 설명 |
|---|---|
| 프로세스 제어 (Process Control) | • 프로세스 생성 / 종료 • 로드(load), 실행(execute) • 프로세스 속성 설정 / 조회 • 시간 대기, 이벤트 대기 • 메모리 할당 및 해제 |
| 파일 관리 (File Management) | • 파일 생성 / 삭제 • 파일 열기 / 닫기 • 읽기 / 쓰기 / 위치 재설정 • 파일 속성 설정 / 조회 |
| 장치 관리 (Device Management) | • 장치 요청 / 해제 • 장치 읽기 / 쓰기 • 장치 속성 설정 / 조회 • 장치 논리적 연결 / 분리 |
| 정보 유지 관리 (Information Maintenance) | • 시간 / 날짜 설정 및 조회 • 시스템 데이터 관리 • 프로세스, 파일, 장치 속성 관리 |
| 통신 (Communication) | • 통신 연결 생성 / 삭제 • 메시지 송수신 • 상태 정보 전달 • 원격 장치 연결 / 분리 |
| 보호 (Protection) | • 파일 접근 권한 설정 / 조회 |
5️⃣ 리눅스 시스템 호출 예제
✔ fork()
- 호출한 태스크의 모든 상태를 복사
- 완전히 독립적인 새로운 프로세스 생성
📌 특징
- 부모 프로세스와 자식 프로세스는 서로 다른 주소 공간
- 상태를 공유하지 않음
✔ clone()
- 호출한 태스크의 일부 상태만 공유
- 주로 스레드 생성에 사용
📌 특징
- 주소 공간, 파일 테이블 등 일부 자원 공유 가능
clone_flags를 통해 공유 범위 제어
✨ 정리 요약
| 개념 | 특징 |
|---|---|
| System Call | 사용자 프로그램이 커널 서비스 요청 |
| Interrupt | 하드웨어 중심, 비동기 |
| Trap | 소프트웨어 중심, 동기 |
| fork() | 모든 상태 복사 → 프로세스 |
| clone() | 일부 상태 공유 → 스레드 |
