컴퓨터 시스템 구조

CPU:

•

clock cycle 마다 기계어를 읽어서 실행

메모리:

•

CPU 의 작업 공간

•

CPU 는 메모리에서 instruction(기계어) 주소값을 읽어서 실행

하드디스크(보조기억장치):

•

IO device

device controller

•

헤드가 어떻게 움직이고 어떤 데이터를 읽을 지 결정(디스크 컨트롤러)

•

각 IO device 마다 붙어있음

local buffer

•

device controller 의 메모리 역할

register

mode bit

•

CPU 에서 실행되는 것이 운영 체제인지 사용자 프로그램인지 구분

•

사용자 프로그램의 잘못된 수행으로 다른 프로그램 및 운영 체제에 피해가 가지 않도록 하기 위한 보호 장치

•

1: 사용자 모드, 0: 커널 모드(모니터 모드)

•

0일 때(운영 체제가 CPU 에서 실행중일 때)는 어디든 접근 가능

timer

•

특정한 프로세스가 CPU 를 독점하지 못하도록 함.

DMA(Direct Memory Access) controller

•

CPU 대신 memory 에 접근할 수 있도록

•

IO 가 interrupt 를 너무 많이 걸어서 CPU 가 방해를 많이 받는다. 이를 막기 위해 DMA controller 에서 local buffer 에 들어온 내용을 memory 에 copy 해주는 역할

•

block 단위로 CPU 에 interrupt 를 발생시킨다.

device driver

•

OS 코드 중 각 장치별 처리 루틴 → software

입출력 수행

•

모든 입출력 명령은 특권 명령

•

사용자 프로그램이 IO 를 하는 방법

◦

system call: 사용자 프로그램이 운영체제에게 io 요청

◦

사용자 프로그램이 직접 CPU 에게 interrupt 를 걸면 mode bit 이 0으로 바뀌고 os 로 CPU 제어권이 바뀜 

◦

이를 소프트웨어 인터럽트, trap 이라고 한다.

동기, 비동기 입출력

sync: 시간적으로 서로 맞추는 것(lip sync)

•

동기식 입출력 

◦

IO 장치까지 직접 가서 결과를 보고 오는 것

◦

IO 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램에 넘어감

◦

결과를 보고 작업을 해야함

•

비동기식 입출력

◦

IO 요청 후 입출력 작업이 끝나기를 기다리지 않고 제어가 사용자 프로그램에 즉시 넘어감

◦

읽어올 데이터와 상관없는 작업을 해야함

•

두 경우 모두 IO 완료는 IO device controller 가 interrupt 로 알려줌

IO 작업은 반드시 커널에게 요청해야 함(사용자 프로그램이 직접 불가)

프로세스가 IO 요청을 한 뒤 CPU 를 가지고 있던, 안가지고 있던 instruction 을 수행할 수 있으면 비동기, 없으면 동기

저장 장치 계층 구조

Main Memory

•

DRAM 으로 구성

Primary

•

volatility(휘발성)

•

CPU 에서 직접 접근 가능

•

바이트 단위라서 CPU 에서 접근 가능

Secondary

•

비휘발성

•

CPU 에서 직접 접근 가능 

caching 의 목적은 재사용과 효율성

프로그램 실행(메모리 load)

•

실행 파일이 file system 에 저장되어 있음

•

실행 파일을 실행시키면 memory 에 올라가서 프로세스가 됨

•

실제로는 file system → memory 가 아니라 중간에 virtual memory 를 거침

•

실행 파일을 실행시키면 프로그램의 메모리 주소 공간이 형성이 됨

◦

code: CPU 가 실행시킬 기계어 코드

◦

data: 전역 변수 등 프로그램이 사용할 자료 구조

◦

stack: 함수를 호출하거나 리턴할 때 쌓을 데이터

•

당장 필요한 부분(함수, 코드 등)만 실제 물리 메모리에 올림

•

swap area 는 하드디스크임에도 데이터 영속 X, 휘발됨

커널 주소 공간

사용자 프로그램이 사용하는 함수

•

사용자 정의 함수

◦

사용자 프로그램에서 작성한 함수

•

라이브러리 함수

◦

사용자 프로그램에서 정의하지 않고 가져다 쓴 함수

◦

실행 파일에 포함

•

커널 함수

◦

운영체제 프로그램의 함수

◦

커널 함수 호출 = 시스템 콜

•

사용자 정의 함수와 라이브러리 함수는 프로세스의 주소 공간(가상 메모리)의 code 영역

•

커널 함수는 커널 주소 공간의 code 영역

컴퓨터 시스템 구조

CPU:

메모리:

하드디스크(보조기억장치):

device controller

local buffer

register

mode bit

timer

DMA(Direct Memory Access) controller

device driver

입출력 수행

동기, 비동기 입출력

저장 장치 계층 구조

Main Memory

Primary

Secondary

프로그램 실행(메모리 load)

커널 주소 공간

사용자 프로그램이 사용하는 함수

프로그램의 실행