[운영체제]02_컴퓨터시스템의 구조

목차

• 운영체제 개요
• 컴퓨터시스템의 구조
• 프로세스 관리
• CPU 스케줄링
• 병행 제어
• 데드락
• 메모리 관리
• 가상 메모리
• 파일 시스템
• 입출력 시스템
• 디스크 관리

 

컴퓨터시스템 구조

 

Mode bit

• 사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램 및 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치가 필요
• Mode bit을 통해 하드웨어적으로 두 가지 모드의 operation 지원

1 사용자 모드 : 사용자 프로그램 수행
0 모니터 모드 : OS 코드 수행

• 보안을 해칠 수 있는 중요한 명령어는 모니터 모드에서만 수행 가능한 '특권명령'으로 규정
• Interrupt나 Exception 발생시 하드웨어가 mode bit을 0으로 바꿈
• 사용자 프로그램에게 CPU를 넘기기 전에 mode bit을 1로 셋팅

모니터모드 ( = 커널모드, 시스템모드 )

 

Timer

타이머

• 정해진 시간이 흐른 뒤 운영체제에게 제어권이 넘어가도록 인터럽트를 발생시킴
• 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 사용

 

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

device driver (장치구동기)	OS 코드 중 각 장치별 처리 루틴 -> software
device controller (장치제어기)	각 장치를 통제하는 일종의 작은 CPU -> hardware

 

입출력(I/O)의 수행

• 모든 입출력 명령은 특권 명령

사용자 프로그램은 어떻게 I/O를 하는가?

• 시스템 콜
  • 사용자 프로그램은 운영체제에게 I/O 요청
• trap을 사용해 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

• 인터럽트 당한 시점의 레지스터와 program counter를 save한 후 CPU의 제어를 인터럽트 처리 루틴에 넘긴다.

Interrupt(넓은 의미)

• Interrupt(하드웨어 인터럽트) : 하드웨어가 발생시킨 인터럽트
• 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

현대의 운영체제는 인터럽트에 의해 구동됨

 

시스템 콜(System call)

시스템 콜

• 사용자 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출하는 것