[OS] CH1-6 System Call

Protected Instruction

• CPU instruction 중 특별권한(kernel mode) 여야만 사용 가능한 instruction

  e.g. OS만 할 수 있는

  • directly access I/O devices (disks, network cards)

  • multiple memory state management

    e.g. page table, pointers, TLB, loads, ...

  • manipulate special 'mode bits'
    : interrupt priority level

  • halt instruction

    → 등등 시스템 관리에 사용할 수 있는 명령등

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OS Protection

• processor가 protected instruction 실행시킬지 말지 어떻게 알까?
  → kernel mode & user mode 지원해야

   INTEL의 VAX, X86은 4개의 protection mode, Linux는 그 중 2개만

• 해당 mode는 PWS 레지스터의 특정 비트 조작함으로바꿀 수 있음

user mode

• user program 실행, 제약 많음

kernel mode

• OS실행
  → 모든 I/O devices등이 배치된 주소를 전부 접근 가능
  → protected instruction은 kernel mode에서만

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Crossing Protection Boundaries

→ 프로그램이 인위적으로 발생

- interrupt : mode change (user → kernel)

• system call을 이용해 mode transition
  → 기본적인 모양은 function call과 유사

• (software interrupt, kernel handler로) 예외 발생시킴
  : kernel mode로 바뀌고 os의 code인 특정 주소지로

  ←→ function call : 외부에서

• 어떤 system call 부를지의 parameter 전달

• 수행하던 CPU의 상태 저장 (register, mode, bits, ....)
  ∵ OS가 동작하면서 register 사용

• OS가 caller의 parameter

• user mode로 return할 방법 있어야
  : 저장했던 상태 그대로 복원 → process의 context

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System Call

• OS의 특정 기능을 쓸 수 있게 하는 interface 요청하는 function

→ PSW 속 bit가 mode 결정

1. Kernel Mode

: instruction set의 모든 instruction 실행 가능, HW의 모든 feature 사용 가능

• I/O 포함 모든 주소영역 접근 가능

• 부팅시에는 처음에 kernel mode
  → user processor 만들고 user mode로 switch

  → OS는 kernel mode에서 동작

2. User Mode

: 명령어의 일부와 HW feature의 일부만 사용 가능

• 주로 I/O나 memory protection 포함 instruction은 허가x

  → 사용하려면?
  : user program이 kernel mode로 trap하는 system call 해야

  • trap: kernel mode로 바뀌면서 특정 주소지로 뛰기

user program이 kernel mode로 trap하는 system call 하는 과정

• scenario : read()해서 kernel mode로 switch시 이 상황에서 interrupt?
  
  
  
  

<정리>

OS 동작 방법

• Interrupt : (외부에 의해) 언제든 발생 가능 → 비동기화

• Trap : program에서 control 가능 → 동기화
  → user mode에서 수행

  (참고) function의 이름
  : function pointer → function에서의 starting 주소