System Call(시스템 콜)

 

시스템 콜에 들어가기 앞서 자주 언급되는 단어들에 대해 간단하게 정리했다.

 

운영체제(OS, Operating System)

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컴퓨터 하드웨어와 컴퓨터 사용자 간의 인터페이스로서 동작하는 시스템 소프트웨어다.

컴퓨터를 동작시키는 데 도움을 주고, 컴퓨터 하드웨어 바로 윗 단에 설치된다.

• 종류 : Windows 10, UNIX, LINUX 등

 

 

커널(Kernel)

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프로그램은 메모리에 적재되어야 소프트웨어로서 실행이 된다. 운영체제 역시 마찬가지로 메모리에 적재 되어야 실행된다. 운영체제는 규모가 커 항상 필요한 부분만을 메모리에 올린다 나머지는 필요할 때에 메모리에 올린다. 메모리에 상주하는 운영체제의 이 부분을 커널이라고 한다.

 

 

CPU 모드

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커널 모드(Kernel Mode)

운영체제가 CPU를 사용하는 모드를 말한다. System Mode, Control Mode 라고도 불리며, 커널모드에서 운영체제는 하드웨어를 제어하는 명령어를 실행할 수 있다.

사용자 모드(User Mode)

사용자 애플리케이션 코드가 실행되는 모드를 말한다. 사용자 애플리케이션은 하드웨어(디스크, I/O)등에 접근할 수 없다. 따라서, 관련 작업이 필요한 경우 System Call 을 사용해야 한다.

 

 

시스템 콜(System Call)

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운영체제가 제공하는 서비스를 사용하기 위한 프로그래밍 인터페이스이다.

사용자 애플리케이션은 User Mode에서 실행된다. 운영체제가 제공하는 서비스를 사용하기 위해, Kernel Mode에 접근하기 위해서는 System Call을 통해야만 한다.

💡 사용자와 운영체제는 시스템 자원을 공유한다. 사용자에게 제한을 두지 않으면 사용자가 메모리 내의 주요 운영체제 자원을 망가뜨릴 위험이 생기게 된다. 따라서, 사용자의 시스템 자원 접근을 제한하는 보호 장치가 필요하다. System Call은 이 보호 장치 역할을 한다.

 

 

시스템 콜의 종류

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1. 프로세스 제어 (Process Control)
   • 끝내기(exit), 중지 (abort)
   • 적재(load), 실행(execute)
   • 프로세스 생성(create process) - fork
   • 프로세스 속성 획득과 속성 설정
   • 시간 대기 (wait time)
   • 사건 대기 (wait event)
   • 사건을 알림 (signal event)
   • 메모리 할당 및 해제
2. 파일 조작 (File Manipulation)
   • 파일 생성 / 삭제 (create, delete)
   • 파일 열기 / 닫기 / 읽기 / 쓰기 (open, close, read, wirte)
   • 파일 위치 변경 (reposition)
   • 파일 속성 획득 및 설정 (get file attribute, set file attribute)
3. 장치 관리 (Device Manipulation)
   • 하드웨어의 제어와 상태 정보를 얻음 (ioctl)
   • 장치를 요구(request device), 장치를 방출 (relese device)
   • 장치 읽기 (read), 쓰기(write), 위치 변경
   • 장치 속성 획득 및 설정
   • 장치의 논리적 부착 및 분리
4. 정보 유지 (Information Maintenance)
   
   • 시간과 날짜의 설정과 획득 (time)
   • 시스템 데이터의 설정과 획득 (date)
   • 프로세스 파일, 장치 속성의 획득 및 설정
5. 통신 (Communication)
   
   • 통신 연결의 생성, 제거
   • 메시지의 송신, 수신
   • 상태 정보 전달
   • 원격 장치의 부착 및 분리
6. 보호 (Protection)
   
   • 권한 관리

 

시스템 콜의 작동방식

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1. 라이브러리 함수(printf)를 호출한다.
2. 라이브러리 함수 내부에서 시스템 콜(write)를 호출한다.
3. 해당 시스템 콜의 인덱스(4)를 CPU 레지스터에 저장한다.
4. 0x80 인터럽트를 발생시킨다.(커널 모드로 전환)
5. IDT(Interrupt Descriptor Table)를 참조하여 system_call()을 호출한다.
6. 이때 3에서 저장한 인덱스를 system_call() 함수 내에 전달한다.
7. sys_call_table을 참조해 해당 인덱스에 맞는 기능(sys_write)을 호출한다.
8. 수행이 모두 끝나면 사용자 모드로 전환된다.

 

 

추가 질문

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Q. 서로 다른 시스템 콜을 어떻게 구분할 수 있을까요?

커널은 내부적으로 각각의 시스템 콜을 구분하기 위해 기능별로 고유번호를 할당하고 그 번호에 해당하는 제어루틴을 커널 내부에 정의한다.