[운영체제] 2. System Structure & Program Execution 2

동기식 입출력과 비동기식 입출력

• 1) 동기식 입출력 synchronous I/O
  • I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램에 넘어감.
  • 프로세스가 입출력을 수행하는 동안 기다리기 / 입출력이 끝날 때까지 아무것도 하지 않고 기다려야 함
  • 구현 방법1 : 일을 못하는 동안 CPU를 가지고 있
    • I/O가 끝날 때까지 CPU를 낭비시킴
    • 매시점 하나의 I/O만 일어날 수 있음
  • 구현 방법2 : 일을 못하는 동안 다른 프로세스에게 CPU를 넘겨줌
    • I/O가 완료될 때까지 해당 프로그램에게서 CPU를 빼앗음
    • I/O 처리를 기다리는 줄에 그 프로그램을 줄 세움
    • 다른 프로그램에 CPU를 줌 -> 현재 작업 끝나면 interrupt 걸어서 CPU 다시 가져옴
• 2) 비동기식 입출력 asynchronous I/O
  • I/O가 시작된 후 입출력 작업이 끝나기를 기다리지 않고 제어가 사용자 프로그램에 즉시 넘어감
  • 입출력 요청을 하고 진행되는 동안에도 instruction을 수행

두 경우 모두 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

! interrupt의 횟수를 줄이기 위해 byte 단위가 아니라 block 단위로 인터럽트를 발생시킴 

 

서로 다른 입출력 명령어

1) 메모리 접근하는 instruction + I/O 접근하는 instruction

2) I/O 장치에 memory 연장 주소를 매김 -> 하나의 memory-mapped instruction 사용(memory-mapped I/O)

 

저장장치 계층 구조

- 위로 갈수록 속도가 빠르고, 가격이 비싸고, 용량이 적음

- secondary memory의 경우 비휘발성, primary memory의 경우 휘발성 매체로 구성되어 있음

 

1) primary memory(executable)

CPU에서 직접 접근할 수 있는 메모리(Byte 단위로 접근 가능)

 

2) secondary(non-executable)

CPU에서 직접 접근할 수 없는 메모리(sector 단위)

 

Caching : copying information into faster storage system

CPU의 속도 차이를 완충하기 위해 사이에 cache memory를 넣어놓지만, 용량이 작다는 단점이 있음

자주 사용되는 데이터만 main memory에 올려 재사용성을 높인다

 

프로그램의 실행

1. 프로그램이 생성되면 0번지부터 시작하는 독자적인 주소공간 생성(code, data, stack)

code : 프로그램에서 실행할 기계어 코드

data : 전역 변수 등 자료 구조

stack : 데이터를 쌓는 영역

 

2. 물리적인 메모리(kernel)에 올려서 실행

- 프로그램에서 당장 필요한 부분만 물리적인 메모리에 올리고, 그렇지 않은 부분은 디스크의 swap area에 올림

- 사용자 주소 공간은 물리적 메모리가 아니라 virtual memory라고 부른다.

- virtual memory -> physical memory로 올리는 과정에서 address translation이 일어난다.

 

* HDD

- file system : 전원이 나가도 파일 내용은 유지해야 함(비휘발성)

- swap area : 전원이 나가면 프로세스가 종료되고 메모리에 있는 내용도 사라짐(휘발성) 메모리 여유 공간으로 사용

 

커널 주소 공간의 내용

1. code : OS의 역할과 관련된 코드

- 시스템콜, interrupt 처리 코드(interrupt가 들어올 경우 제어권 OS한테로 넘어온다)

- 자원 관리 및 편리한 서비스 제공을 위한 코드

 

2. data

- 운영체제가 사용하는 HDD 별로 관리하기 위한 자료구조 저장

- PCB : 프로세스를 관리하기 위한 자료구조
  ex) 얼마나 CPU를 썼는지 등등

 

3. stack

함수를 호출하거나 리턴할 때 사용

 

사용자 프로그램이 사용하는 함수

1. 프로세스 Address space

자기들끼리 점프(virtual 메모리 주소 바꾸기) 가능

* 사용자 정의 함수 : 자신의 프로그램에서 정의한 함수

* 라이브러리 함수

- 자신의 프로그램에서 정의하지 않고 갖다 쓴 함수

- 자신의 프로그램의 실행 파일에 포함되어 있다

 

 

2. Kernel Address space

점프 불가능(virtual -X-> physical memory)

* 커널 함수

- 운영체제 프로그램의 함수

- 커널 함수의 호출 = 시스템 콜

 

프로그램의 실행