반효경 [운영체제] 4강 - System Structure & Program Execution 2

동기식 입출력(synchronous I/O)

• I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램에 넘어감 → 완료될 때까지 기다린다

• 구현방법 1
  • I/O가 끝날 때까지 CPU를 낭비시킴
  • 매시점 하나의 I/O 만 일어날 수 있음
  → cpu도 낭비지만, I/O장치도 낭비

 

• 구현방법 2
  • I/O가 완료될 때까지 해당 프로그램에게서 CPU를 빼앗음
  • I/O 처리를 기다리는 줄에 그 프로그램을 줄 세움
  • 다른 프로그램에게 CPU를 줌
  → 다른 프로그램에서 또 I/O 요청을 한다면 ? I/O 요청을 보내고 또 다른 프로세스한테 CPU를 넘김, 한 번에 여러 개 I/O장치 실행 가능

 

비동기식 입출력(asynchronous I/O)

• I/O가 시작된 후 입출력 작업이 끝나기를 기다리지 않고 제어가 사용자 프로그램에 즉시 넘어감
• 보통 Wirte 작업들은 비동기식으로 이루어짐(완료됐는지 확인이 필요가 없을때) → 구현하기 나름이다

 

 

★ 두 경우 모두 I/O의 완료는 인터럽트로 알려줌

 

 

DMA(Direct Memory Access) Controller

• 목적: CPU를 수많은 인터럽트에서 좀더 자유롭게하여 효율적으로 쓰고 싶다.

• 빠른 입출력 장치를 메모리에 가까운 속도로 처리하기 위해 사용

• CPU의 중재 없이 device controller가 device의 buffer storage의 내용을 메모리에 block 단위로 직접 전송
• 바이트 단위가 아니라 block 단위로 인터럽트를 발생시킴

서로 다른 입출력 명령어

I/O를 수행하는 2가지 방법

• I/O를 수행하는 special instruction에 의해 (좌측 그림 ) - 일반적 방식
  • 메모리 접근하는 instruction 따로, I/O 접근은 special instruction에 의해 접근

• Memory Mapped I/O에 의해 (우측 그림)
  • I/O 장치도 메모리 주소의 연장 주소를 붙여 접근하는 방식

 

저장장치 계층 구조

• 위로 갈수록 빠르지만 단위공간당 가격이 비싸기 때문에 용량이 적다. 연두색은 휘발성 분홍색은 비휘발성.

• CPU에서 직접 접근가능 - Primary / Excutable (바이트 단위로 접근이 가능한 매체여야 함)

• CPU에서 직접 접근불가 - Secondary (하드디스크는 섹터 단위 접근임)

★ Caching: copying information into faster storage system

• 캐싱 - 재사용 목적. 용량이 위로 갈수록 작아져서 무엇을 지우고 무엇을 기억할지 선택해야 함

 

프로그램의 실행(메모리 load)

• File system - 비휘발성

• Swap area - 휘발성(메모리의 연장공간)

 

커널 주소 공간의 내용

 

사용자 프로그램이 사용하는 함수

• 함수(function)
  • 사용자 정의 함수
    • 자신의 프로그램에서 정의한 함수
  • 라이브러리 함수
    • 자신의 프로그램에서 정의하지 않고 가져다 쓴 함수
    • 자신의 프로그램의 실행 파일에 포함되어 있다
  • 커널 함수
    • 운영체제 프로그램의 함수
    • 커널 함수의 호출 = 시스템 콜
    • 내 프로그램 안에 있는 함수가 아닌 커널코드 안에 있는 함수

💡 사용자 정의와 라이브러리는 프로세스의 Address Space, 커널 함수는 Kernal Address space에서 각각 실행된다.

 

프로그램의 실행