System Structure & Program Execution 1

시스템 구조

##CPU

mode bit

• 사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램 및 운영체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치 필요
• CPU 에서 실행되는 것이 운영체제인지 사용자 프로그램인지 구분
• 운영체제가 CPU에서 실행될때는 0으로 셋팅
• 사용자 프로그램이 CPU를 가지고 있을때는 1 로 셋팅되어 제한된 기능으로만 CPU를 실행
• 보안을 해칠 수 있는 중요한 명령어는 모니터 모드에서만 수행 가능한 ‘특권명령’으로 구졍

registerst

• 메모리보다 빠르면서 정보를 저장할 수 있음

Interupt Line

• CPU는 메모리에 있는 인스트럭션만 실행하는데 다음번에 실행할 인스트럭션 주소 값이 갱신되고 실행하고 반복된다.
  1. 메모리에 올라가 있는 프로그램중 I/O Divice의 작업(키보드, 디스크에서 읽어 올때 등등..)이 필요할때 디바이스 컨트롤러에게 요청
  • CPU는 메모리에만 접근함 2. 디바이스는 속도가 느려 CPU는 다른 메모리에 접근해서 다른일을 처리함 3. 디바이스 컨트롤러가 작업이 완료 되었을때 Interupt 걸어줌

timer(하드웨어)

• 정해진 시간이 흐른 뒤 운영체제에게 제어권이 넘어가도록 인터럽트를 발생시킴
• 타이머는 매 클럭 틱 때마다 1씩 감소
• 타이머 값이 0이 되면 타이머 인터럽트 발생

Device Controller

• I/O Controller
  • 해당 I/O 장치유형을 관리하는 일종의 작은 CPU
  • 제어 정보를 위해 컨트롤 레지스터, 스터이터스 레지스터를 가짐
• I/O는 실제 device와 local buffer 사이에서 일어남
• 컨트롤러는 I/O가 끝났을 경우 인터럽트로 CPU에게 그 실을 알림

DMA Controller

• 직접 메모리에 접근할 수 있는 컨트롤러
• CPU와 DMA 컨트롤러가 특정 메모리에 동시 접근하는 경우 메모리 컨트롤러가 중재함
• I/O 에서 너무 많은 인터럽트가 오기 때문에 I/O 버퍼에서 메모리에 데이터를 복사하고 CPU에 전달하여 인터럽트수를 줄일 수 있다

입출력의 수행

• 모든 입출력 명령은 특권 명령
• 사용자 프로그램이 I/O를 하는 방법
  • 시스템 콜(System call) : 사용자 프로그램은 운영체제에게 서비스를 받기 위해 커널 함수를 호출
• trap을 사용하여 인터럽트 벡터의 특정 위치로 이동
• 제어권이 인터럽트 백터가 가리키는 인터럽트 서비스 루틴으로 이동
• 올바른 I/O 요청인지 확인 후 I/O 수행
• I/O 완료 시 제어권을 시스템콜 다음 명령으로 옮김

인터럽트

• 인터럽트
  • 인터럽트 당한 시점의 레지스터와 program counter를 save 한 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(=인터럽트 핸들러) : 해당 인터럽트를 처리하는 커널 함수

현대의 운영체제는 인터럽트에 의해 구동됨