[운영체제] Day02. System Structure

컴퓨터 시스템 구조

• Computer (CPU + Memory)
• I/O Devices (Disk, Moniter, Keyboard ...)
  

• Memory : CPU의 작업대

• I/O Device

  • Contoller (CPU) + LocalBuffer (Memory) 가 존재.

• Register : CPU 내부에 존재하는 Memory 보다 빠르고 작은 정보 저장소

• modebit

  • CPU 내부에서 실행되는 것이 OS인지 다른 소프트웨어인지 구분
  • 사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램이나 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치

    • modebit 0 : OS가 CPU 점유 중
      메모리 접근, I/O devices 접근 가능 ...
    • modebit 1 : 타 프로그램이 CPU 점유 중
      I/O devices 접근 등 불가능
    • 즉, OS에게 주도권 넘길 때는 modebit 1 > 0으로 토글 (Interrupt나 Excetption 발생 시)
    • 사용자 프로그램에게 주도권 넘길 때는 modebit 0 > 1

• Interrupt Line

  • CPU는 메모리하고만 일한다. I/O Device와 일하지 않는다.
  • 경우에 따라 입력 받거나, 출력하거나, 디스크 입출력 등의 수행이 필요하다.
  • 이 과정은 느리다. 따라서 CPU는 Device Controller에게 하청을 준다.
  • 하청 응답을 받는 과정에서 CPU가 놀면 큰 손해이므로.

• timer : 특정 프로그램의 CPU의 독점 방지

  • 프로그램 할당 시 최대 시간을 정해준다.
  • 해당 시간이 넘어가면 강제로 timer가 CPU가 interrupt 알려줌
  • CPU는 하나의 instruction 끝날 때마다 interrupt Line 확인한다. interrupt 있으면 CPU 주도권을 넘긴다.

    • 사용자 프로그램의 Instruction 실행 중 I/O가 필요하면 CPU의 주도권을 OS로 넘긴다. (읽어 줘 / 써줘)
    • I/O는 OS밖에 못함 (보안 상의 이유로)
    • I/O에 시간이 걸리니까 하청 주고 일단 다른 프로그램 실행
    • I/O 완료되면 Interrupt 건다 -> OS로 CPU 주도권 넘어감 -> Interrupt 원인 파악 -> 원래 프로그램 CPU timer 시간 남았어 ? -> 원래 프로그램으로 복귀

• DMA Controller (Direct Memory Access)

  • 과도한 Interrupt로 인한 CPU 성능 저하 방지
  • CPU처럼 메모리에 접근할 수 있다.
  • CPU랑 같이 Memory 접근하면 오류 발생 가능(memory Controller로 조율)
  • 여러 Interrupt (Inputs, Outputs)를 받아 CPU 대신에 일괄적으로 메모리에 처리
  • CPU에는 한 번의 Interrupt로 보고한다.

    인터럽트 Interrupt

    의미

    • 하드웨어 인터럽트(Interrupt)
      하드웨어가 발생시킨 인터럽트 (일반적 인터럽트)
    • 소프트웨어 인터럽트(trap) :
      • Exception > 프로그램이 오류 범한 경우
      • System Call > 프로그램이 커널 함수를 호출하는 경우 ('I/O device 읽어줘' 요청)

    관련 용어

    • 인터럽트 벡터 :
      • 해당 인터럽트의 처리 루틴 주소를 가지고 있음
      • 실제 해야할 일 : 핸들러(루틴) / 이동하는 주소 저장 : 벡터
    • 인터럽트 처리 루틴(핸들러) : 해당 인터럽트 처리하는 커널 합수

• 동기식 입출력과 비동기식 입출력
  동기식 입출력 (synchronous I/O)

  1. I/O 요청 후 입출력이 완료된 후에 제어가 사용자 프로그램으로 넘어감.
     요청이 끝날때 까지 CPU 대기 (자원 낭비)
     매시점 하나의 I/O만 실행

  2. I/O 완료될 때까지 해당 프로그램에서 CPU 빼앗음
     I/O 완료될 때까지 I/O 출력 대기줄 세움
     다른 프로그램에 자원 줌

  비동기식 입출력 (asynchronous I/O)

  1. I/O 시작 후 입출력 기다리지 않고 제어가 사용자 프로그램에 넘어감

  저장장치 계층 구조
  

  • Executable : CPU가 직접 접근 가능한가?
  • 상부는 빠르고, 비싸고, 휘발성이고, 용량이 작다.
  • Cache : D-Ram에서 자주 사용하는 데이터 불러와서 보관

강의 : 운영체제 (KOCW) - 반효경
교재 : OSTEP - three easy pieces