운영체제 2강 - 2(반효경)

컴퓨터 시스템 구조

• CPU는 Program Counter 라는 레지스터가 가리키는 메모리 주소의 instruction의 일만 진행
• CPU는 interrupt line을 instruction을 실행전 매번 확인을 후, interrupt이 들어오면, 운영체제로 권한이 바뀜
• I/O에 접근하는 모든 권한은 mode bit이 0일때에만 가능
• 인터럽트는 하드웨어 인터럽트, 소프트웨어인터럽트가 있다
  • 하드웨어는 I/O가 요청하는 인터럽트
  • 소프트웨어 인터럽트는 트랩이라고 하며, Exception이거나 system call이 있다.

동기식 입출력과 비동기식 입출력

• 동기식 입출력(synchronous I/O)

  • I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램에 넘어감
  • 구현방법 1
    • I/O가 끝날 때까지 CPU를 낭비시킴
    • 매시점 하나의 I/O만 일어날 수 있음
  • 구현방법2
    • I/O가 완료될때까지 해당 프로그램에게서 CPU를 빼앗음
    • I/O 처리가 기다리는 줄에 그 프로그램을 줄 세움
    • 다른 프로그램에게 CPU를 줌

• 비동기식 입출력

  • 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) Controller

• DMA는 CPU말고도 메모리에 접근할수 있는 콘트롤러
• DMA는 I/O의 데이터를 메모리에 카피를 해서 올려놓고, 어느 정도 모이면 인터럽트를 걸기
• 빠른 입출력 장치를 메모리에 가까운 속도로 처리하기 위해 사용
• CPU의 중재 없이 device controller가 device의 buffer storage의 내용을 메모리에 block단위로 직접 전송
• 바이트 단위가 아니라, block 단위로 인터럽트 발생시킴

서로 다른 입출력 명령어

• I/O를 수행하는 special instruction에 의해
  • 메모리에 접근하는 address가 따로있고, device address가 따로 있는 방식
• Memory Mapped I/O에 의해
  • 구분없이 Memory address로 위치로 구분할때

저장장치 계층

• 위로 갈수록 Speed가 빨라지고, Cost가 비싸지고, 위로 갈수록 용량이 적고, 휘발성의 차이
• Executable은 CPU가 직접적으로 접근이 가능한 저장장치, byte 단위로 접근 가능
• 하드디스크는 섹터단위로 접근

프로그램의 실행(메모리 load)

• 프로그램을 실행하실 그 프로그램의 독자적인 Address space가 생긴다.
• code,data,stack 이 생긴다.
  • code : 기계어 코드
  • data : 전역변수
  • stack : 함수를 호출하거나 리턴할때 쓰는 용도
• 프로그램의 모든 메모리를 전부 올리는게 아닌, 필요한 부분들만 올린다.
• 디스크의 swap area : 현재는 쓰지 않지만 나중에 필요할지 모르는 메모리들을 적재시켜놓는다.
• swap area는 메모리의 연장 용도
• address translation : 하드웨어의 도움을 받아서, 프로세스의 address space의 상대적인 주소에서, 실제 물리적인 메모리의 주소의 위치로 변화시켜주는 역할

커널 주소 공간의 내용

• 시스템콜, 인터럽트 처리 코드
• 자원 관리를 위한 코드
• 편리한 서비스 제공을 위한 코드
• 각 프로세스들을 관리하기 위한 자료구조도 저장되어 있는 상태
  • Process Control Block
• 사용자 프로그램마다, 독립적인 커널스택을 보유중

사용자 프로그램이 사용하는 함수

• 함수(function)
  • 사용자 정의 함수
    • 자신의 프로그램에서 정의한 함수
  • 라이브러리 함수
    • 자신의 프로그램에서 정의하지 않고, 갖다 쓴 함수
    • 자신의 프로그램의 실행 파일에 포함되어 있다.
  • 커널 함수
    • 운영체제 프로그램의 함수
    • 커널 함수의 호출 = 시스템 콜