[TIL] OS - System Call

1. 운영체제 서비스(Operating System Service)

• 사용자에게 도움을 주기 위한 기능
  • 사용자 인터페이스(User Interface)
    • GUI(그래픽 사용자 인터페이스)
    • CLI(명령어 라인 인터페이스)
    • Batch Interface(일괄처리 인터페이스)
    • https://ko.wikipedia.org/wiki/사용자_인터페이스
  • 프로그램 수행(Program Execution)
    • 프로그램을 메모리에 적재(load)해 구동(Run)하고 실행(Execute)할 수 있어야 한다.
    • 정상적이든 비정상적이든 실행을 끝낼 수 있어야 한다.
  • 입출력 연산(I/O Operation)
    • 수행 중인 프로그램은 입출력을 요구할 수 있다.
    • 효율과 보호를 위해 사용자들이 직접 제어를 할 수 없으므로 운영체제가 수단 제공
  • 통신(Communication)
    • 동일한 컴퓨터에[서 수행되고 있는 프로세스들 사이에서의 통신
    • 네트워크에 의해 함께 묶여있는 서로 다른 컴퓨터 사이에서의 통신
    • 공유메모리, 메시지 전달 기법을 사용하여 구현
  • 오류 탐지(Error Detection)
    • 올바르고 일관성있는 계산을 보장하기 위해 각 유형의 오류에 대한 적절한 조치 필요
    • 디버깅
• 시스템 자체의 효율적인 동작을 보장하기 위한 기능
  • 자원 할당(Resource Allocation)
    • 다수의 작업이 동시에 실행될 때, 그들 각각에 자원을 할당
  • 기록 작성(Logging)
  • 보호(Protection)와 보안(Security)
    • 보호 : 시스템 자원에 대한 모든 접근이 통제되도록 보장
    • 보안 : 시스템에게 자기 자신임을 인증하도록 하여 외부 장치들의 부적합한 접근 시도 제지

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2. System Call

운영체제에 의해 사용 가능하게 된 서비스에 대한 인터페이스 제공

1. 응용 프로그램 인터페이스(API)

각 함수에 전달되어야 할 매개변수들과 프로그래머가 기대할 수 있는 반환 값을 포함하여 응용프로그래머가 사용할 수 있는 함수의 집합을 명시
ex)POSIX API, Java API 등

• API를 구성하는 함수들은 통상 응용 프로그래머를 대신하여 실제 시스템콜을 호출한다.
• 프로그래머가 직접 호출하지 않고 API를 선호하는 이유
  • API 사용법이 훨씬 쉽다.
  • 구현에 대한 자세한 내용을 숨길 수 있다.
  • 같은 API를 지원하는 어느 시스템에서건 컴파일되고 실행된다는 것을 기대할 수 있는 호환성 관련 이점도 있다.

2. 시스템 콜 인터페이스

운영체제가 제공하는 시스템 콜에 대한 연결고리 역할을 한다.
API 함수의 호출을 가로채어 필요한 운영체제 시스템 콜을 호출한다.

https://rebro.kr/171

• i = 각 시스템 콜에 할당된 번호
• 위의 할당된 번호에 따라 알맞은 ISR(Interrupt Service Routine)의 주소를 저장한 테이블을 가진다.
• 호출자는 시스템 콜이 어떻게 구현되고 실행 중에 무슨 작업을 하는지 자세하게 알 필요가 없다.
• 단지, API를 준수하고 시스템 콜의 결과로서 운영체제가 무엇을 할 것인지만 이해하면 된다.

3. 운영체제에 매개 변수를 전달하기

• 레지스터 내에 전달
  • 가장 간단한 방법이지만 
  • 매개변수를 사용 가능한 레지스터의 수만큼만 전달할 수 있다.
• 메모리 내의 블록이나 테이블 저장
  • 메모리에 저장한 후 그 주소를 레지스터 내에 전달
• 스택에 저장
  • 프로그램에 의해 스택에 push
  • 운영체제에 의해 스택에서 pop

4. 시스템 콜의 유형

• process control(프로세스 제어)
  • 실행 중인 프로그램은 수행을 정상적으로 또는 비정상적으로 멈출 수 있어야 한다.
  • 한 프로그램을 실행하고 있는 프로세스가 다른 프로그램을 Load하고 Execute할 수 있다.
• file manipulation(파일 조작)
  • Create
  • Delete
  • Open
  • Read
  • Write
• device management(장치 관리)
  • 메인 메모리, 디스크, 파일 등  자원을 필요로 할 수 있다.
• information maintenance(정보 유지)
• communication(통신)
  • 메시지 전달 모델
    • 통신하는 두 프로세스가 정보를 교환하기 위해 서로 메시지를 주고 받는다.
    • 연결이 되어있는 상태에서 통신한다.
    • Client-Server
  • 공유 메모리 모델
    • 프로세스는 다른 프로세스가 소유한 메모리에 접근하기 위해 사용

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3. ELF

C 파일 실행

1. Linker

컴파일러에 의해 생성된 재배치 가능 목적 파일(main.o)을 하나의 이진 실행파일(main)로 결합
라이브러리도 이때 포함된다.

2. Loader

이진 실행 파일을 메모리에 적재한다.

3. ELF

Executable and Linkable Format
UNIX 및 Linux의 표준 형식

• 목적 파일 및 실행 파일은 일반적으로 표준화된 형식을 가진다.
• file main.o = ELF 재배치 가능 파일
• file main = ELF 실행 파일

https://ko.wikipedia.org/wiki/ELF_파일_형식

실행 시 호출되는 시스템콜에 대한  간단한 그림

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핀토스 프로젝트에 들어가고 부터 너무 구현에만 시간을 쓴거 같다.

핀토스 1주차 때의 경험을 바탕으로 구현에만 치중하지 않고 개념에도 비중을 두어야 겠다는 생각이 들었다.

매일을 무리더라도 개념에 대한 정리는 꼭 잊지 않고 해야겠다.