System Structure & Program Execution

부서진·2023년 4월 11일

Computer Science

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컴퓨터 시스템 구조

Mode bit

사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램 및 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치
1 사용자 모드: 사용자 프로그램 수행
0 모니터 모드: OS 코드 수행

- 보안을 해칠 수 있는 중요한 명령어는 모니터 모드에서만 수행 가능한 **특권 명령**으로 규정
- interrupt나 Exception 발생시 하드웨어가 mode bit을 0으로 바꿈
- 사용자 프로그램에게 CPU를 넘기기 전에 mode bit을 1로 세팅

Timer

매 클럭 틱 때마다 1씩 감소하여 0이 되면 타이머 인터럽트 발생시켜 운영체제에서 제어권이 넘어가도록 함
CPU를 특정 프로그램이 독점하는 것으로부터 보호
time sharing을 구현하기 위해, 현재 시간을 계산하기 위해 이용

Device Controller

해당 I/O 장치유형을 관리하는 일종의 작은 CPU
제어 정보를 위한 control register, status register를 가짐
I/O는 실제 device와 local buffer 사이에서 일어남
I/O가 끝났을 경우 interrupt로 CPU에 그 사실을 알림

device driver: OS 코드 중 각 장치별 처리루틴 (software)
device controller: 각 장치를 통제하는 일종의 작은 CPU (hardware)

입출력(I/O)의 수행

모든 입출력 명령은 특권 명령
1. System call: 사용자 프로그램은 운영체제에게 I/O 요청
2. trap을 사용하여 인터럽트 벡터의 특정 위치로 이동
3. 제어권이 인터럽트 벡터가 가리키는 인터럽트 서비스 루틴으로 이동
4. 올바른 I/O 요청인지 확인 후 I/O 수행
5. I/O 완료 시 제어권을 시스템콜 다음 명령으로 옮김

인터럽트 (Interrupt)

인터럽트 시점의 레지스터와 program counter를 save한 후 CPU의 제어를 인터럽트 처리 루틴에 넘긴다.

interrupt (하드웨어 인터럽트): 하드웨어가 발생시킨 인터럽트
trap (소프트웨어 인터럽트)
- Exception: 프로그램이 오류를 범한 경우
- System call: 프로그램이 커널 함수를 호출하는 경우
인터럽트 벡터: 해당 인터럽트의 처리 루틴 주소를 가지고 있음
인터럽트 처리 루틴: 해당 인터럽트를 처리하는 커널 함수

시스템콜 (System Call)

사용자 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출하는 것

동기식 입출력과 비동기식 입출력

synchronous I/O: I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램에 넘어감
asynchronous I/O: I/O가 시작된 후 입출력 작업이 끝나기를 기다리지 않고 제어가 사용자 프로그램에 즉시 넘어감

두 경우 모두 I/O의 완료는 인터럽트로 알려줌