- 운영체제 OS는 사용자가 컴퓨터를 쉽게 다루게 해주는 인터페이스
- 한정된 메모리나 시스템 자원을 효율적으로 분배하는 참된 일꾼
- 펌웨어 : 운영체제와 유사하나 소프트웨어를 추가로 설치할 수 없는 것
- 운영체제와 컴퓨터
1. 운영체제의 역할과 구조
운영체제의 역할
- CPU 스케줄링과 프로세스 관리
- 메모리 관리
- 디스크 파일 관리
- I/O 디바이스 관리
운영체제의 구조
유저프로그램
GUI 시스템콜
커널
드라이버
하드웨어
시스템콜
- 운영체제가 커널에 접근하기 위한 인터페이스
- 유저프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출할 때 사용
- 유저프로그램이 I/O 요청으로 trap 을 발동하면 올바른 I/O 요청인지 확인한 후 유저 모드가 시스템콜을 통해 커널 모드로 변환되어 실행됩니다.
예를 들어 I/O 요청인 fs.readFile() 이라는 파일시스템의 파일을 읽는 함수가 발동했다고 가정해보자.
이 때 유저 모드에서 파일을 읽지 않고 커널 모드로 들어가 파일을 읽고 다시 유저모드로 돌아가 그 뒤에 있는 유저 프로그램의 로직을 수행합니다. 이 과정을 통해 컴퓨터 자원에 대한 직접 접근을 차단할 수 있고 프로그램을 다른 프로그램으로부터 보호할 수 있다.
- Modebit : 시스템 콜 작동시 유저 모드와 커널 모드를 구분하는 플래그 변수 비트
2. 컴퓨터의 요소
CPU
- 산술논리연산장치, 제어장치, 레지스터로 구성되어 있음
- 인터럽트에 의해 단순히 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행함
제어장치 Control Unit
- 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품
- 입출력장치 간 통신을 제어하고 명령어들을 읽고 해석하며 데이터 처리를 위한 순서를 결정
레지스터
- CPU 와 직접 연결된 임시기억장치
산술논리연산장치 ALU
- Arithmetic Logic Unit
- 덧셈, 뺄셈 같은 두 숫자의 산술 연산과 배타적 논리합, 논리곱 같은 논리연산을 계산하는 디지털 회로
CPU의 연산처리
- CU가 메모리에 계산할 값을 로드. 또한, 레지스터에도 로드
- CU가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 ALU에 명령
- CU가 계산된 값을 다시 ‘레지스터에서 메모리로’ 계산한 값을 저장합니다.
인터럽트
어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것
-
인터럽트 핸들러 함수
인터럽트가 발생시 이를 핸들링하기 위한 함수
커널 내부의 IRQ를 통해 호출됨 -
하드웨어 인터럽트
I/O 디바이스에서 발생하는 인터럽트 -
소프트웨어 인터럽트
Trap 이라고도 하며, 프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출할 때 발동
DMA 컨트롤러
- I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치
- CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어오므로 CPU 부하를 막하주는 보조 일꾼
메모리
- 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치
- 기억을 담당함
타이머
- 몇 초 안에는 작업이 끝나야 한다는 것을 정하고 특정 프로그램에 시간 제한을 단다.
디바이스 컨트롤러
- 컴퓨터와 연결되어 있는 I/O 디바이스들의 작은 CPU
