[OS]System Structure & Program Execution

Interrrupt

넓은 의미의 인터럽트

• 인터럽트
  - 하드웨어가 발생시킨 인터럽트
• Trap(소프트웨어 인터럽트)
  - Exception : 프로그램이 오류를 범한 경우
  - System call : 시스템이 커널 함수를 호출하는 경우

인터럽트 관련 용어

• 인터럽트 벡터
  - 해당 인터럽트의 처리 루틴 주소를 가지고 있음
• 인터럽트 처리 루틴 (Interrupt handler)
  - 해당 인터럽트를 처리하는 커널 함수

System Call

사용자 프로그램이 운영체제의 코드를 직접 실행하는 것이 불가능 하기에 운영체제 함수를 실행하려고 CPU에게 인터럽트를 거는것

입출력(I/O)의 수행

• 모든 입출력 명령은 특권 명령 (모드빗이 0일때만 가능한 명령)
  - 운영체제만 가능한 명령이다
• 사용자 프로그램은 어떻게 I/O를 하는가?
  - 시스템콜(system call)
  - trap을 사용하여 인터럽트 벡터의 특정 위치로 이동
  - 제어권이 인터럽트 벡터가 가리키는 인터럽트 서비스 루틴으로 이동
  - 올바른 I/O 요청인지 확인 후 I/O 수행
  - I/O 완료 시 제어권을 시스템콜 다음 명령으로 옮김

컴퓨터 시스템 구조

이화여대 반효경 교수님 강의 중

 

CPU

- 매클럭마다 메모리에서 인스트럭션을 읽어서 실행하는 것이 주 기능이다.
- 한번의 인스트럭션 을 읽어드린후 인터럽트라인을 체크하기를 반복한다.

• register
  - CPU에 붙어있는 고속연산속도를 가진 임시기억장치
  - 프로그램 카운터 레지스터가 있다 (메모리 인스트럭쳐 주소를 가리키는 레지스터로 이에 해당하는 인스터럭쳐를 읽어드린다)
• mode bit
  - 0 과 1로 구성되어 현재 실행되고있는것이 운영체제인지 사용자 프로그램인지 구별해주는 기능을 하는 것
  - 1 은 사용자 프로그램 0은 운영체제
• interrrupt line
  - 인터럽트를 CPU한테 보내는 하드웨어적 장치(라인)를 의미함

Mode bit

사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램 및 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기위한 보호장치

Mode bit을 통해 하드웨어적으로 두가지 모드의 operation 지원

• 1 사용자 모드 : 사용자 프로그램 수행
• 0 모니터 모드 (커널모드, 시스템모드) : OS 코드 수행

보안을 해칠 수 있는 중요한 명령어는 커널모드 에서만 수행 가능한 '특권명령'으로 규정

Interrupt나 Exception 발생시 하드웨어가 mode bit을 0으로 바꿈

사용자 프로그램에게 CPU를 넘기기 전에 mode bit을 1로 셋팅
I/O 작업은 mode bit이 0일때만 수행가능하다

Timer

• 특정프로그램이 CPU를 독점하는것을 막기위해 있는 장치
• 동작방식
  - 사용자프로그램에게 CPU가 할당될때 타이머에 시간을 설정하고 넘겨준다
  - 타이머가 지나면 CPU에게 인터럽트를 건다
• 정해진 시간이 흐른 뒤 운영체제에게 제어권이 넘어가도록 인터럽트를 발생시킴
• 타이머는 매 클럭 틱 때마다 1씩 감소
• 타미어 값이 0이 되면 인터럽트 발생
• 타이머는 time Sharing을 구현하기 위해 널리 이용됨
• 타이머는 현재 시간을 계산하기 위해서도 사용

I/O device (Input/Output device)

• 입력과 출력을 하는 장치들
• 하드디스크는 보조기억장치이기도 하지만 데이터읽어들이기(입력),데이터저장(출력)관점에서 보면 I/O device영역에 들어간다

Device Controller

• I/O device controller
  - I/O Device 전용 컨트롤러 (디바이스들의 작업 CPU역할을 한다)
  - CPU와 I/O 디바이스들의 처리속도 차이가 나기때문에 따로 담당한다
  - 장치유형을 관리하는 일종의 작은 CPU
  - 제어 정보를 위해 control register, status register를 가짐
  - local buffer를 가짐 (일종의 data register)
• Device driver(장치구동기)
  - OS 코드 중 각 장치별 처리루틴 -> software
• Device controller(장치제어기)
  - 각 장치를 통제하는 일종의 작은 CPU -> hardware
• local buffer
  - I/O Device 전용 메모리 (디바이스 컨트롤러들의 작업공간)

DMA(Direct Memory Access) controller

• 빠른 입출력 장치를 메모리에 가까운 속도로 처리하기 위해 사용
• CPU의 중재 없이 device controller가 device의 bffer storage의 내용을 메모리에 block 단위로 직접 전송
• 바이트 단위가 아니라 block 단위로 인터럽트를 발생시킴

저장장치 계층 구조

Primary Executable

• 휘발성 기억장치이다(컴퓨터가 종료되면 사라진다)
• CPU가 직접 접근이 가능하다

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