Written by JS970
on March 13, 2023

운영체제 2023-03-13 수업정리

Flow

일반적인 컴퓨터의 구조는 아래와 같이 나타낼 수 있다.
각 디바이스 컨트롤러들은 담당하고 있는 특정 디바이스 타입에 대해 로컬 버퍼를 가지며, 이를 관리한다. 보통 디바이스 드라이버에 의해 디바이스 컨트롤러가 인식된다.
CPU는 컨트롤러의 로컬 버퍼로부터 데이터를 읽고 쓰는 작업을 수행한다.
- 이때 인터럽트에 의해 동작한다.
디바이스 컨트롤러들은 CPU에 인터럽트를 발생시켜 데이터 전송 종료를 알린다.

I/O디바이스에 의해 CPU인터럽트가 일어나게 되면 이는 곧 CPU의 성능 저하로 이어진다.
DMA는 이러한 상황을 막기 위해 I/O디바이스에서 메모리 간에 직접 데이터를 주고받는 방식으로 구현한다.
아래 그림은 DMA를 적용한 경우와 적용하지 않은 경우의 차이점을 그림으로 나타낸 것이다.
두 경우 모두 인터럽트 자체는 발생한다.
- DMA방식의 경우 각 I/O로부터 데이터는 메모리로 직접 전송한다. 그리고 블록 단위로 전송 종료를 알리는 인터럽트를 발생시킨다.
- CPU가 I/O데이터를 메모리에 직접 전송하는 경우 바이트 단위의 인터럽트가 발생한다.

Multiprogramming 지원
- single user는 컴퓨터의 모든 자원을 100% 사용할 수 없다.
- 따라서 multiprogramming을 통해 job을 배분하는 것이 효율적이다.
- 운영 체제는 multiprogramming을 효율적으로 지원하도록 동작한다.
Timesharing(multitasking) 지원
- 위와 비슷한 맥락으로 CPU는 여러 가지 job을 매우 빠르게 switch하여 user가 동시에 여러 job과 상호작용 하는 것처럼 동작한다.(swapping)
- 이를 위해 운영 체제는 아래와 같은 동작을 지원한다.
  - process 관리
  - job scheduling
  - CPU scheduling
  - Virtual memory 지원
컴퓨터의 메모리는 아래와 같은 구조를 가진다는 것을 기억하면 위의 내용을 이해하는 데 도움이 된다.

운영 체제는 interrupt driven방식으로 동작한다.
소프트웨어 인터럽트는 trap이라고도 불리며 아래와 같이 두 개의 범주로 나눌 수 있다.
- Software errors(divide by zero, stack overflow ...)
- System Call(Ctrl + C -> HALT)
운영 체제는 Infinite loop, deadlock등 여러 상황에 대해 인터럽트를 이용하여 대처할 수 있어야 한다.
보통은 Dual-Mode 와 Timer를 이용하여 이러한 상황을 관리한다.
- User mode : 일반적인 instruction 실행 가능
- Kernel mode : privileged instruction + normal instruction 사용 가능
- 아래는 system call에 의한 명령어 실행 도식이다.
- 프로세스 실행 중 발생한 무한 루프 등의 상황에 대해서는 Timer를 이용하여 탈출한다.
Virtual machine manager등에서는 Multi-Mode로 관리하기도 한다.

운영 체제가 하는 일에 대해 요약하면 아래와 같다.
- Process management
- Memory management
- Storage management
- Protection and Security

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