[OS] KOCW 운영체제 강의 정리 (2) | Chapter 2. System Structure & Program Execution (1)

 

Chapter 2. System Structure & Program Execution (1)

 

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💡 컴퓨터 시스템 구조

 

• 하드 디스크는 input device/output device 둘 다의 역할을 한다.
  – cpu안에는 memory보다 빠른 저장 공간이 있음. 이를 register라고 함.
• Interrupt line은 항상 프로그램이 memory 영역만을 사용해서 작동하기는 어렵기 때문에, I/O device 접근을 위해 프로그램 실행 중 interrupt를 걸어 해당 device에서 데이터를 읽거나 쓴다.

 

Mode Bit

• 사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램 및 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치 필요.
• cpu는 항상 interrupt line을 체크해 프로그램 실행 중 interrupt가 발생했는지를 확인함.
• Mode bit을 통해 하드웨어적으로 두 가지 모드의 operation 지원
  • 1 (User mode) : 사용자 프로그램 수행
    • 운영체제가 CPU에서 실행중. 모든지 실행을 할 수 있음.
  • 0 (Monitor mode, kernel mode, system mode) : OS Code 수행
    • 사용자 프로그램이 CPU를 제어하고 있을때는, 제한된 instruction만 CPU에서 실행 가능함.
  • Interrupt가 들어오면 자동으로 다시 CPU가 Os로 넘어오기 때문에 mode bit이 0으로 변경됨.
  
  

  

• 보안을 해칠 수 있는 중요한 명령어는 모니터 모드에서만 수행 가능한 특권 명령으로 규정
• interrupt나 exception 발생 시 하드웨어가 mode bit을 0으로 바꿈
• 사용자 프로그램에게 CPU를 넘기기 전에 mode bit을 1로 세팅
• Interrupt line은 항상 프로그램이 memory 영역만을 사용해서 작동하기는 어렵기 때문에, I/O device 접근을 위해 프로그램 실행 중 interrupt를 걸어 해당 device에서 데이터를 읽거나 쓴다.

 

Timer

• 정해진 시간이 흐른 뒤(초기에 정해진 시간을 할당함) 운영체제에게 제어권이 넘어가도록 인터럽트를 발생시킴
  • Timer는 특정 프로그램이 cpu를 독점하는 것을 막기 위한 역할을 수행함. Timer에 값을 세팅한 후 프로그램을 cpu에 전달함. 세팅한 시간이 지나면 interrupt를 걸어 프로그램이 멈추도록 함.
• 타이머는 매 클럭 틱 때마다 1씩 감소
• 타이머 값이 0이 되면 타이머 인터럽트 발생
• CPU를 특정 프로그램이 독점하는 것으로부터 보호
• 타이머는 time sharing을 구현하기 위해 널리 이용됨.
• 타이머는 현재 시간을 계산하기 위해서도 사용됨.

 

I/O Device Controller

• 해당 I/O 장치 유형을 관리하고 제어하는 일종의 작은 CPU – cpu보다 device가 처리 속도가 느리기 때문에 이러한 처리를 관리해주는 역할을 device controller가 수행함.
• 제어 정보를 위해 control register, status register를 가짐 (CPU의 지시를 위한 register) – cpu안에는 memory보다 빠른 저장 공간이 있음. 이를 register라고 함.
• local buffer를 가짐 (일종의 data register), local buffer는 일종의 각 디바이스 별 작업 공간.
• I/O는 실제 Device와 Local Buffer 사이에서 일어남.
• Device Controller는 I/O 가 끝났을 경우 interrupt로 CPU에 그 사실을 알림
• device driver (장치 구동기) : OS Code 중 각 장치별 처리 루틴을 의미함 -> Software 영역
• device Controller (장치 제어기) : 각 장치를 통제하는 일종의 작은 CPU -> Hardware

 

DMA Controller

• I/O의 과도한 interrupt를 방지하기 위한 Controller
• CPU를 효율적으로 사용할 수 있도록 도와줌

 

입출력(I/O)의 수행

• 모든 입출력 명령은 특권 명령
• 사용자 프로그램은 어떻게 입출력을 하는가?
  • system call (시스템 콜)
    • 사용자 프로그램은 운영체제에게 I/O 요청

 

• • 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 시스템 콜 다음 명령으로 옮김

 

인터럽트 (Interrupt)

• 인터럽트 당한 시점의 레지스터와 program counter를 save 한 후 CPU의 제어를 인터럽트 처리 루틴에 넘긴다.
• Interrupt(넓은 의미)
  • interrupt (하드웨어 인터럽트) : 하드웨어가 발생시킨 인터럽트. 일반적인 의미의 interrupt.
  • trap (소프트웨어 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 처리 루틴 ( = Interrupt Service Routine, 인터럽트 핸들러)
    • 해당 인터럽트를 처리하는 커널 함수

 

 

 

 

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⬇︎⬇︎ 강의 링크 ⬇︎⬇︎

http://www.kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1046323 

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