System Structure & Program Execution 1

동기식 입출력과 비동기식 입출력

동기식 입출력(synchronous I/O)

• I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램으로 넘어감
• 구현방법 1
  • I/O가 끝날 때까지 CPU를 낭비시킴
  • 매시점 하나의 I/O만 일어날 수 있음
• 구현방법 2
  • I/O가 완료될 때까지 해당 프로그램에게서 CPU를 빼앗음
  • I/O 처리를 기다리는 줄에 그 프로그램을 줄 세움
  • 다른 프로그램에게 CPU를 줌

비동기식 입출력(Asynchronous I/O)

• I/O가 시작된 후 입출력 작업이 끝나기를 기다리지 않고 제어가 사용자 프로그램에 즉시 넘어감

두 경우 I/O의 완료는 인터럽트로 알려줌

DMA(Direct Memory Access)

• 빠른 입출력 장치를 메모리에 가까운 속도로 처리하기 위해 사용
• CPU의 중재 없이 device controller가 device의 buffer storage의 내용을 메모리에 block 단위로 직접 전송
• 바이트 단위가 아니라 block 단위로 인터럽트를 발생시킴

저장장치 계층 구조

Registers > Cache Memory > Main Memory > Magnetic Disk > Optical Disk > Magnetic Tape

• Cpu가 직접 접근에서 처리할 수 있는 곳은 Primary(Registers ~ Main Memory)
• Secondary는 바로 접근이 되지 않는다다(Magnetic Disk)

프로그램의 실행(메모리 load)

프로그램이 컴퓨터에서 실행될때는 파일 시스템에 실행 파일 형태로 저장되어 있다.
이런 실행파일들을 실행하면 메모리에 올라가 프로세스가 되는데 바로 올라가는게 아닌 Virtual memory를 통해 올라가게 된다.

Virtual memory

• 프로그램을 시작하면 프로세스에 대해 Address space 메모리 주소 공간이 생긴다.
  • 독자적으로 구성되며 stack(함수등의 데이터가 쌓이는 곳), data(변수, 전역변수, 자료구조), code(기계어 코드)로 구성된다.
• 이런 독자적인 공간을 실제 메모리에 올라가서 실행되는데 프로그램이 종료되면 주소공간은 사라진다.
• 주소 공간이 모두 올라가는게 아닌 실행하는 코드만 올라가서 메모리 낭비가 되지 않는다.
• 결론적으로 가상 메모리의 값들은 Physical memory, Swap area(하드 디스크)에 저장된다.
  • Swap은 메모리 용량의 한계로 memory의 확장개념으로 사용된다.

커널 주소 공간의 내용

• 커널도 하나의 프로그램이기 때문에 code, data, stack이 구성된다.
• code
  • 시스템콜, 인터럽트 처리 코드
  • 자원 관리를 위한 코드
  • 편리한 서비스 제공을 위한 코드
• data
  • 운영체제가 사용하는 자료 구조
  • CPU, MEM, DISK 하드웨어를 관리해야 하는 자료구조를 하나씩 만들어 관리한다.
  • 각 프로그램들(Process A, Process B …)을 관리하기 위한 자료구조가 구성되어 있다.(PCB)
• stack
  • 함수 호출이나 리턴될때 사용된다.
  • 사용자 프로그램마다 운영체제 커널 시스템을 호출해서 실행되기 때문에 프로그램 마다 별도의 커널 스텍을 따로 두고있다.

함수

• 사용자 정의 함수
  • 자신의 프로그램에서 정의한 함수
  • 직접 작성한 함수를 불러서 사용함
• 라이브러리 함수
  • 자신의 프로그램에서 정의하지 않고 갖다 쓴 함수 *자신의 프로그램의 실행 파일에 포함되어 있다.
• 커널 함수
  • 운영체제 프로그램의함수
  • 커널 함수의 호출 == 시스템 콜

사용자 정의함수, 라이브러리 함수는 프로세의 Address space 영영으로 각 시스템에서 점프에서 실행되고 커널함수는 Kernel Address space로 구성되고 커널에서 실행(시스템 콜을 통해 인터럽트 라인을 구성)이 된다.