CSAPP › 시스템 콜과 DMA 그리고 이더넷(Week6_Day5)

오늘은 6주차 키워드를 마무리 한다.

시스템 콜(System Call)

시스템 콜의 정의

시스템 콜은 운영체제의 커널이 제공하는 서비스에 접근하기 위해 응용 프로그램의 요청에 따라 커널에 접근 하기위한 인터페이스이다.

시스템 콜이 필요한 이유

일반적으로 사용하는 프로그램은 응용프로그램인데 유저레벨에서는 필요한 모든 기능을 사용 할 수 없기 때문에 커널에게 도움 받는다.
이 과정은 유저모드에서 수행할 수 없기 때문에 커널 모드로 전환 한 후에 권한이 생긴다.

그럼 왜 권한이 제한되어있을까??

프로그램이 하드웨어 자원에 직접 접근하면 보안과 안정성 문제가 있을 수 있다.
메모리의 경우에는 프로그램이 임의로 읽거나 쓰면 다른 프로그램의 데이터를 오염시킬 수도 있고, 악의적인 시스템 콜이 호출 될 경우 제한되어야 하기 때문에 커널 모드에서만 실행 할 수 있다.

사용자 모드(User Mode)와 커널모드(Kernel Mode)

• 유저모드
  PC register이 사용자 프로그램이 올라가 있는 메모리 위치를 가리키고 있으면 사용자 프로그램을 실행중이며 CPU가 유저모드에서 수행중이라고 한다.
  이 때 프로그램이 시스템 콜을 호출하면 소프트웨어 인터럽트가 발생한다.
• 커널모드
  PC register가 운영체제가 존재하는 부분을 가리키고 있다면 현재 운영체제의 코드를 수행중이라고 하고 CPU가 커널모드에서 수행중이라고 한다.
  앞서 발생한 인터럽트로 운영체제가 커널모드로 전환되어 시스템 콜을 처리한다.
  시스템 콜이 완료되면 다시 사용자 모드로 전환하고 결과를 프로그램에 반환한다.

시스템 콜의 종류

• 프로세스 관리 : 프로세스의 생성, 실행, 종료
• 파일 관리 : 파일을 읽고 쓰고 닫는 등의 파일 작업
• 장치 관리 : 장치 드라이버와 상호작용하여 하드웨어 장치에 접근
• 메모리 관리 : 메모리 할당과 해제, 매핑을 관리
• 네트워크 관리 : 네트워크 소켓을 생성, 데이터 송수신
• 통신 : 프로세스 간의 데이터 소통

DMA(Direct Memory Access)

DMA의 정의

CPU의 개입 없이 주변장치가 시스템 메모리에 직접 데이터를 읽고 쓸 수 있게 하는 하드웨어 기능으로, 특히 대용량 데이터 전송에 효율적이며 DMA 컨트롤러가 대신하여 CPU 부담을 줄여 시스템 성능을 향상시킨다.

DMA 작동 과정

주변장치가 데이터를 전송할 준비가 되면 DMA 컨트롤러가 메모리 주소를 지정하고 데이터를 전송한다.
데이터 전송이 완료되면, DMA 컨트롤러가 CPU에 인터럽트를 보내 전송이 완료되었음을 알린다.

장단점

장점

• 효율성 : 대용량 데이터 처리에 CPU의 부담을 줄이고, 다른 작업에 집중할 수 있게 한다.
• 저지연 : 입출력 장치와 메모리간의 빠른 데이터 전송이 가능하다.

단점

• 복잡성 : DMA 컨트롤러 관리와 구성이 복잡할 수 있다.
• 자원 충돌 : 메모리 버스의 점유로 인해 다른 장치들의 메모리 접근이 지연될 수 있다.

이더넷

이더넷의 정의

같은 지역의 네트워크인 LAN을 유선으로 구현하는 흐름을 규격화한 기술이다.

물리적인 네트워크 장치와 프로토콜을 규정하여 다양한 제조사의 장비 간에도 호환이 잘 되고 확장성이 좋다.

지금은 여기까지만 이해하면 될 것 같다.

출처 : systemcall, 유저모드와 커널모드, 이더넷, CSAPP