컴퓨터 시스템 구조1(System Structure & Program Execution 1)

출처: 반효경 교수님 운영체제 강의

CPU: 작업을 처리하는 하드웨어

DMA controller: I/O 장치로 부터 온 데이터를 메모리에 저장해주는 역할

Mode bit: 사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램 및 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치

-> 0이면 OS가 사용중(커널 모드), 1이면 사용자 프로그램이 사용중(사용자 모드)

-> 보안을 해칠 수 있는 중요한 명령어는 커널 모드에서만 수행가능한 '특권명령'으로 규정

 -> Interrupt나 Exception 발생 시 하드웨어가 mode bit를 0으로 바꿈

 -> 사용자 프로그램에게 CPU를 넘기기 전에 mode bit를 1로 셋팅

사용자 프로그램이 I/O를 하는 법

- 시스템콜: 사용자 프로그램이 OS에 요청하는 것 (CPU에게 요청하기 위해)

  -> 사용자 프로그램이 운영체제의 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출하는 것

- 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/O완료 시 제어권을 시스템콜 다음 명령으로 옮김

I/O device controller(장치제어기)

- 해당 I/O 장치 유형을 관리하는 일종의 작은 CPU(하드웨어)

- local buffer를 가짐.

- I/O는 실제 device와 local buffer 사이에서 일어남.

- Device controller는 I/O가 끝났을 경우 interrupt로 CPU에 이 사실을 알림.

device driver(장치구동기)

- OS코드 중 각 장치별 처리 루틴(소프트웨어)

인터럽트

- 인터럽트 당한 시점의 레지스터와 프로그램 카운터를 저장한 후 CPU의 제어를 인터럽트 처리 루틴에 넘긴다.

- CPU가 특정 기능을 수행하는 도중에 급하게 다른 일을 처리하고자 할 때 사용할 수 있는 기능

- 현대의 운영체제는 인터럽트에 의해 구동됨

- Interrupt(하드웨어 인터럽트): 하드웨어가 발생시킨 인터럽트

- Trap(소프트웨어 인터럽트): Exception(프로그램이 오류를 범한 경우), System call(프로그램이 커널 함수를 호출하는 경우)

인터럽트의 처리 과정

1. 기존의 작업을 처리하던 도중, 인터럽트가 발생하면
2. 현재 컴퓨터가 처리하는 일을 중지하고 현재의 컴퓨터의 상태(CPU 내부의 레지스터, 메인 메모리 내용 등을)를 저장한다.
3. 해당하는 인터럽트를 처리해주기 위한 인터럽트 서비스 루틴을 처리한다.
4. 인터럽트 처리 이후 저장되었던 이전 작업의 상태를 복구하고 이전 작업 수행을 재개한다.

인터럽트 관련 용어

- 인터럽트 벡터: 해당 인터럽트의 처리 루틴 주소를 가지고 있음

- 인터럽트 처리 루틴(인터럽트 핸들러): 해당 인터럽트를 처리하는 커널 함수

타이머

- 정해진 시간이 흐른 뒤 운영체제에게 제어권이 넘어가도록 인터럽트를 발생시킴

- 타이머 값이 0이 되면 타이머 인터럽트 발생

- CPU를 특정 프로그램이 독점하는 것으로부터 보호

- 타이머는 현재 시간을 계산하기 위해서도 사용