system call

운영 체제의 모드

• User mode
  일반적인 프로그램 실행
  응용프로그램은 시스템 자원에 직접 접근 불가
  제한된 명령어 집합 실행 가능
  메모리 일부 영역에 접근 가능
  
  제한된 운영체제 서비스에 접근이 가능
  => 응용 프로그램 간의 상호 간섭의
  최소화를 통해 시스템의 안정성 유지
  => 사용자 모드에서 발생한 오류가,
  커널 모드에서 실행 중인 OS에 영향을 주지 않도록 함
  
  인터럽트(interrupt) 발생, 혹은
  시스템 콜(system call) 호출 시 커널 모드로 전환
  (User -> Kernel)
  
  

• Kernel mode
  프로그램의 현재 CPU 상태를 저장함
  시스템 자원에 대한 완전한 엑세스
  (하드웨어, 메모리, 입출력 장치 등)
  모든 명령어 실행 가능
  
  시스템 콜을 통해 User mode에서 요청된 서비스 처리
  
  시스템의 안전 및 보안을 담당
  
  CPU에서 커널 코드가 실행
  처리 완료 시, 중단되었던 프로그램의 CPU 상태 복원
  이후 통제권을 프로그램에 반환
  (Kernel -> User)
  

• 커널(kernel)
  

  운영체제의 핵심, 시스템 전반을 관리/감독하는 역할
  하드웨어와 관련된 작업을 직접 수행
  (운영 체제 시스템의 일부)
  (커널 모드는 ‘운영체제’의 ‘실행 레벨’을 나타냄)

인터럽트 (Interrupt)

시스템에서 발생한 다양한 종류의 이벤트 혹은
그런 이벤트를 알리는 메커니즘

인터럽트의 종류

• 전원(Power)에 문제가 발생
• I/O 작업 완료
• Timer 관련
• 0으로 나눔 (Trap 이라고도 함- 프로그램 레벨에서 발생 가능)
• 잘못된 메모리 공간 접근 (Trap 이라고도 함 - 프로그램 레벨에서 발생 가능)
• …등등

위의 예시를 크게 2종류로 나누는데,

1. 하드웨어 인터럽트
   

   주로 외부 이벤트(I/O,Timer 등)에 의해 발생
   수행 중인 작업 중단 후, 인터럽트 처리 실행

2. 소프트웨어 인터럽트(트랩)
   

   소프트웨어의 명령에 의해 발생하는 인터럽트
   예외 사항, 혹은 시스템 콜과 관련있음

인터럽트 발생 시, 즉각적으로
인터럽트 처리를 위해 커널 코드를 커널 모드에서 실행

시스템 콜(System Call)

프로그램이 OS 커널이 제공하는 서비스를
이용하고 싶을 때, 시스템 콜을 통하여 실행

시스템 콜의 종류

• 프로세스/스레드 관련
• 파일 I/O 관련
• 소켓 관련
• 장치(device) 관련
• 프로세스 통신 관련

시스템 콜 발생 시,
(일반적으로는 어셈블리 명령어인 ‘int’, ‘syscall’ 등)
커널 모드로 전환되며, 요청된 작업을 수행한다
이후, 결과나 필요 데이터를 반환한다

• 트랩(Trap)
  

  예외 상황, 특정 이벤트 발생 시, 발생하는 ‘인터럽트’의 일종
  주로 2가지 목적으로 사용되는데
  
  ‘시스템 콜’을 발생시켜 운영체제에게 특별한 작업을
  요청하거나
  
  ‘예외’를 발생시켜, 예외 상황에 대한
  운영체제의 처리를 실행하게 한다
  (ex : 종료 or 예외 처리 루틴)

프로그래밍과 시스템 콜

하드웨어 혹은 시스템 관련 기능은
어떤 프로그램이라도 시스템 콜을 통하여만 이용 가능하다

보통 직접 OS 시스템 콜을 사용하진 않음
그러나 파일 I/O, 네트워크, 프로세스/스레드 기능을
프로그래밍 언어가
시스템 콜을 포장(wrapping)하여 제공한다

시스템 콜의 사용 이유

일단 기본적으론 ‘사용자’가 직접적으로
시스템 자원(하드웨어,메모리,파일 등)에 접근하지 못하게
함으로서 보안과 안정성을 유지하기 위한 것이 전제이다

‘응용 프로그램’이 필요 시, ‘운영 체제’에게 필요한 작업을
‘요청’하는 것이 ‘시스템 콜’의 개념이다

이 방식으로, ‘보안과 안정성’이 보장되고,
사용자 입장에서는 ‘추상화’와 ‘편의성’을 얻을 수 있다
(운영체제에게 시스템 콜을 하는것으로 원하는 작업 수행)