OS-System_Structure2
CPU와 Memory
CPU + Memory ==> Host영역
CPU는 매순간순간 Memory에서 기계어를 읽어서 실행하는데 이를 가리키는게 CPU에 register에 있는 PC(Program Counter)이다.
Memory에 올라간 기계어는 instruction인데, instruction 실행도중 중간에 interrupt가 요청되면 제어권은 CPU로 넘어가고 interrupt를 처리하고 넘어간다.
인터럽트의 처리 ( 인터럽트 벡터 => 처리루틴 )
이와같은 과정은 권한(I/O Device접근, 메모리주소접근)에 제한이 있는 modebit 1(사용자모드)가 SystemCall을 요청하게 되면 일어난다
인터럽트 종류
하드웨어 : 하드웨어가 직접 interrupt를 검
소프트웨어(Trap) : Syscall , Exception
Timer : 시간이 지나면 다음 프로그램에 cpu의 제어권을 넘겨주기 위해 인터럽트를 건다. 소프트웨어 인터럽트의 종류
입출력의 종류(Sync, Async)
- Sync I/O : I/O 작업 End => 사용자 프로그램 실행 (CPU를 가지고 있든 없든 프로세스가 기다리고 작업결과물을 기다리고 있음)
- Async I/O : I/O 작업 Start => 사용자프로그램 실행 (CPU를 가지고 인스트럭션을 바로 실행)
위의 두작업 다 종료는 Interrupt를 통해 알려줌
동기식 입출력 구현방법(CPU를 가지고 있는지를 기준)
- CPU를 가지고 있음으로써 아무 일도 못하고 있는경우
- 다른 프로세스에 CPU를 넘겨주는 방법(일반적으로 얘기하는 동기식 입출력 구현)
DMA
DMA : Device Controller가 device의 buffer storage 내용을 memory에 block단위로 전송
I/O에 대한 두가지 방법
- instruction: memory 접근 | I/O Device 접근 <== 나뉘어져있다.
- Memory Mapped Instruction : I/O Device 에도 mem 주소를 mapping해서 memory접근 처리(instrunction방식으로 한번에)
저장장치 계층구조
| CPU | 속도⇧ 저장공간⇩ 휘발성○ |
|---|---|
| Register | |
| Cache Memory | ---여기까지 Primary(Exxcutable)--- |
| Main Memory | |
| Disk 등.. |
Primary 영역 : CPU 가 직접 접근 가능( Byte 단위로 접근한다) 아닌경우는 sector단위로 접근하기때문에 CPU가 접근 불가능하다
Cache : 재사용을 보다 빠르게 해주기 위해사용
프로그램은 어떻게 실행되는가?
실행파일을 실행하면 Process가 생성되는데 Virtual Mem 을 거쳐 Physical Mem에 올라가게 된다
실행된 Process 는 주소공간을 가지는데
| 구조 | 설명 |
|---|---|
| code | 기계어코드 |
| data | 자료구조 |
| stack | data를 쌓고 꺼내가기 위함 |
물리적 메모리에 Kernel은 일정부분 상주해있지만 Process는 실행될떄 필요한 부분만 올라감
사용되지 않는 부분은 Swap Area라고 불리우는 Mem 공간의 연장선상으로 쓰이는 disk에 저장된다( 이 disk는 Mem 처럼 휘발된다. )
나중에 하드웨어의 작용으로 인해 Virtual Mem 주소가 Physic Mem 주소로 바뀐다.
커널 주소공간의 내용
- code : 시스템콜, 인터럽트 처리코드, 자원관리 코드
- data : PCB(Process Controll Block),CPU 나 Mem등 하드웨어에 따라 자료구조를 준비하지만 우리는 Process를 관리하는 자료구조PCB를 보자.
- Stack : 사용자프로그램마다 따로 스택을 두는데 이유는 시스템콜을 프로그램마다 요청할 수 있기때문
함수의 사용
사용자정의함수, 라이브러리함수 등은 사용자 프로그램안에서 자기들끼리 jump할수 있는데 kernel함수는 mem에서 보았듯 따로 virtual 주소공간도 구성하고, mem안에서도 따로 분리된 영역에 위치하기때문에 접근불가능 하다.
따라서 시스템 콜을 통해서 kernel함수를 불러와서 사용한다
프로그램은 Kernel mode ⇄ user mode 의 연속이다.