인터럽트와 시스템 콜

🎈 User mode & Kernel mode

 

User mode

: 우리가 개발하는 프로그램은 일반적으로 유저 모드에서 실행

 

User mode -> Kernel mode

: 프로그램 실행 중에 인터럽트가 발생하거나 시스템 콜을 호출하게 되면 커널 모드로 전환

 

Kernel mode

: 프로그램의 현재 CPU 상태를 저장함.

커널이 인터럽트나 시스템 콜을 직접 처리. 즉, CPU에서 커널 코드가 실행됨.

처리가 완료되면 중단됐던 프로그램의 CPU 상태를 복원. 

 

Kernel mode -> User mode

: 다시 통제권을 프로그램에게 반환

 

User mode

: 프로그램이 이어서 진행됨.

 

🎈 커널(kernel)

: 운영체제의 핵심

시스템의 전반은 관리/감독하는 역할

하드웨어와 관련된 역할을 직접 수행

 

커널 모드를 만든 이유는?

시스템을 보호하기 위해. 

 

 

Interrupt

: 시스템에서 발생한 다양한 종류의 이벤트 혹은 그런 이벤트를 알리는 메커니즘

 

인터럽트 종류

: 전원(power)에 문제가 생겼을 때, I/O 작업이 완료됐을 때, 시간이 다 됐을 때(timer 관련), 0으로 나눴을 때, 잘못된 메모리 공간에 접근을 시도할 때, etc...

 

인터럽트가 발생하면 CPU에서는 즉각적으로 인터럽트 처리를 위해 커널 코드를 커널 모드에서 실행. 

 

 

 

System Call

: 프로그램이 OS 커널이 제공하는 서비스를 이용하고 싶을 때 시스템 콜을 함.

 

시스템 콜의 종류

: 프로세스/스레드 생성, 종료 등, 파일 I/O 관련, 소켓 관련, 장치(device)관련, 프로세스 통신 관련, etc...

 

 

시스템 콜이 발생하면 시스템 콜에 대응하는 해당 커널 코드가 커널 모드에서 실행됨. 

 

예제)

user mode: t1 의 read system call

kernel mode: t1 CPU 상태 저장, 파일 읽을 준비, t1 waiting, t2 running으로 전환

SSD에서 t1이 요청한 파일을 읽을 준비가 되었다는 interrupt 발생

user mode: interrupt 발생

kernel mode: t2 CPU 상태 저장, t1 ready로 전환, t2 CPU 상태 복원

user mode: t2 중단됐던 프로세스 수행 중 time slice 종료, timer interrupt 발생

kernel mode: t2 CPU 상태 저장, t2 ready, t1 running, t1 CPU 상태 복원

user mode: t1이 파일에서 데이터 읽어오는 프로세스 이어서 진행

 

 

 

🎈 프로그래밍 언어와 시스템 콜

: 하드웨어 혹은 시스템 관련 기능은 어떤 프로그램이라도 반드시 시스템 콜을 통해서만 가능함. 

보통 개발할 때 직접 OS 시스템 콜을 사용하지 않음. 

어떻게 가능한가?

프로그래밍 언어들이 시스템 콜을 포장하여 간접적으로 사용할 수 있도록 제공했기 때문

 

java.lang.Thread class

 

Thread thread = new Thread();

thread.start();

 

java.lang.Thread class

public synchronized void start() {
    ...
    boolean started = false;
    try {
    	start0();
        started = true;
    } finally {
    
    ...
    
    private native void start0(); //JNI를 통해 OS의 system call 을 호출. linux의 경우 clone