[운영 체제] 02. 컴퓨터 시스템의 구조-2

시스템 콜(System Call)

• 사용자 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출하는 것
• 사용자 프로그램이 무언가를 하고싶은데 내 권한으로는 못하는 특권명령의 기계어일 때 내가 운영을 못하니 모든 권한을 가진 운영체제에 부탁을 함. => 시스템 콜
• ?? 사용자 프로그램을 사용하고 있다가 운영체제에 부탁을 하러 넘어가야할때 인터럽트를 거는것 (Trap)

인터럽트(Interrupt)

• 인터럽트
  • 인터럽트 당한 시점의 레지스터와 program counter를 save 한 후 CPU의 제어를 인터럽트 처리 루틴에 넘긴다
• Interrupt (넓은 의미)
  • (Interrupt)하드웨어 인터럽트 : 하드웨어가 발생시킨 인터럽트
  • Trap (소프트웨어 인터럽트)
    • 개별 프로그램이 운영체제한테 CPU를 넘기기 위해 소프트웨어가 발생시키는 인터럽트
    • Exception : 프로그램이 오류를 범한 경우
    • System call : 프로그램이 커널 함수를 호출하는 경우
• 인터럽트 관련 용어
  • 인터럽트 벡터
    • 해당 인터럽트의 처리 루틴 주소를 가지고 있음
    • 인터럽트 종류별로 실행해야 하는 코드의 주소를 갖고있음
  • 인터럽트 처리 루틴(=Interrupt Service Routine, 인터럽트 핸들러)
    • 해당 인터럽트를 처리하는 커널 함수

I/O Device Controller

• I/O device controller
  • 해당 I/O 장치 유형을 관리하는 일종의 작은 CPU
  • 제어 정보를 위해 control register, status register를 가짐
  • local buffer를 가짐( 일종의 data register )
• I/O는 실제 device와 local buffer 사이에서 일어남
• Device controller는 I/O가 끝났을 경우 interrupt로 CPU에 그 사실을 알림
• 구분
  • device driver(장치 구동기) : OS 코드중 각 장치별 처리 루틴 -> software
  • device controller(장치 제어기) : 각 장치를 통제하는 일종의 작은 CPU -> hardware

동기식 입출력과 비동기식 입출력

• 동기식 입출력(synchronous I/O) -> 여럿이 작업이 이루어 질 때 동시에 잘 맞아 떨어지는 것
  • I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램으로 넘어감
  • 구현 방법 1
    • I/O가 끝날 때까지 CPU 를 낭비시킴
    • 매 시점 하나의 I/O만 일어날 수 있음
  • 구현 방법 2
    • I/O가 완료될 때까지 해당 프로그램에게서 CPU를 빼앗음
    • I/O 처리를 기다리는 줄에 그 프로그램을 줄 세움
    • 다른 프로그램에게 CPU를 줌
• 비동기식 입출력(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

DMA(Direct Memory Access)

• DMA(Direct Memory Access)
  • 빠른 입출력 장치를 메모리에 가까운 속도로 처리하기 위해 사용
  • CPU의 중재없이 divice controller가 device의 buffer storage의 내용을 메모리에 block 단위로 직접 전송
  • 바이트 단위가 아니라 block 단위로 인터럽트를 발생시킴
  • 인터럽트 발생 횟수가 줄면서 좀더 cpu의 효율적인 동작이 가능해짐

서로 다른 입출력 기계어

• I/O를 수행하는 special instruction에 의해
• Memory Mapped I/O에 의해

1. • •  

 

정리

1. 운영체제한테 사용자 프로그램으로부터 cpu가 넘어가는 경우
   • 인터럽트 라인을 셋팅한 경우
     • 하드웨어 장치들이 인터럽트를 걸 때
     • 프로그램 소프트웨어가 직접 인터럽트 라인을 셋팅한 경우(ex> system call)
     • exception이 발생했을 때(0으로 나누거나, 권한 없는 실행을 하거나 등 )

1. 프로그램이 CPU를 사용하는 도중 CPU가 다른 프로그램으로 넘어가는 경우
   • cpu 독점권을 막으려고 짧은 시간동안만 cpu를 사용할 수 있게 해 놨을 때 그 규정에 의해 빼앗김(timer)
   • 더이상 cpu를 사용할 이유가 없는 경우(ex> 오래 걸리는 i/o를 수행중인 경우)