시스템 콜(system call)

🔔 시스템 콜(system call)

💡 운영체제의 역할

• 운영체제는 사용자가 실행하는 응용 프로그램이 올바르게 실행되도록 돕고 필요한 자원을 할당해주는 프로그램이다.
• 운영체제는 문지기처럼 사용자가 실행하는 응용 프로그램이 하드웨어 자원에 직접 접근하는 것을 방지해 자원을 보호한다.
• 즉, 하드웨어 자원은 운영체제를 통해서만 접근할 수 있다.

💡 응용 프로그램이 자원에 접근하려면?

• 응용 프로그램이 자원에 접근하기 위해서는 운영체제에 도움을 요청해야 한다. 즉, 운영체제의 코드를 실행해야 한다.
• 응용 프로그램의 요청을 받은 운영체제는 응용 프로그램 대신 자원에 접근해 요청한 작업을 수행한다.

💡 CPU의 이중 모드(dual mode)

• 이중 모드는 CPU가 명령어를 실행하는 모드를 크게 사용자 모드와 커널 모드로 구분하는 방식이다.
• 플래그 레지스터의 슈퍼바이저 플래그를 통해 CPU가 어떤 모드인지 알 수 있다. → 이 플래그 변수를 modebit 라고 한다
  • 0일 경우 커널 모드로 실행 중임을 의미하고 1일 경우 사용자 모드로 실행 중임을 의미한다.

• 사용자 모드(user mode)
  • 운영체제 서비스를 제공받을 수 없는 실행 모드이다.
  • 일반적인 응용 프로그램은 기본적으로 사용자 모드로 실행된다.
  • 사용자 모드로 실행 중인 CPU는 입출력 명령어와 같이 하드웨어 자원에 접근하는 명령어를 실행할 수 없다.
• 커널 모드(kernel mode)
  • 운영체제 서비스를 제공받을 수 있는 실행 모드이다.
  • CPU가 커널 모드로 명령어를 실행하면 자원에 접근하는 명령어를 비롯한 모든 명령어를 실행할 수 있다.

💡 시스템 콜이란?

• 사용자 모드로 실행되는 프로그램이 자원에 접근하는 운영체제 서비스를 제공받으려면 운영체제에 요청을 보내 커널 모드로 전환되어야 한다.
• 이 때, 커널 모드로 전환하기 위한 요청을 시스템 콜이라고 한다.
• 시스템 콜은 일종의 인터럽트이다. (소프트웨어 인터럽트)
  • 그래서 CPU가 시스템 콜을 처리하는 순서는 인터럽트 처리 순서와 유사하다.
  • 시스템 콜을 발생시키는 명령어가 실행되면 CPU는 지금까지의 작업을 백업하고, 커널 영역 내에 시스템 콜을 수행하는 코드(인터럽트 서비스 루틴)을 실행한 뒤 다시 기존에 실행하던 응용 프로그램으로 복귀해 실행을 계속해 나간다.
• 일반적으로 응용 프로그램은 실행 과정에서 빈번하게 시스템 콜을 발생시키고 사용자 모드와 커널 모드를 오가며 실행한다.

💡 응용 프로그램이 하드 디스크에 데이터를 저장하는 과정

1. 응용 프로그램은 하드 디스크에 데이터를 저장하는 시스템 콜을 발생시켜 커널 모드로 전환한다.
2. 운영체제 내의 ‘하드 디스크에 데이터를 저장하는 코드’를 실행함으로써 하드 디스크에 접근할 수 있다.
   • 응용 프로그램 대신 운영체제가 작업을 수행한다.
3. 하드 디스크에 접근이 끝났다면 다시 사용자 모드로 복귀해 실행을 계속해 나간다.

 

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• 출처
  • 도서 [혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제]
  • 도서 [면접을 위한 CS 전공지식 노트]