운영체제 동작
인터럽트 외부 장치나 타이머 등에서 발생해 CPU에 “즉시 처리”를 요구하는 신호. 비동기적으로 발생하며, 디바이스 컨트롤러와 CPU 사이에 빠른 응답을 가능케 한다.
예외 CPU가 명령어 실행 중 동기적 오류(0으로 나누기, 잘못된 명령어 등)를 감지할 때 발생하는 이벤트. 명령어 실행 흐름 내에서 처리되어야 한다.
트랩(Trap) 응용 프로그램이 시스템콜을 요청하기 위해 의도적으로 발생시키는 소프트웨어 인터럽트. 예: 파일 열기, 프로세스 생성 등 커널 서비스를 호출할 때 사용.
처리 흐름
발생: 디바이스 컨트롤러가 IRQ(Line)를 활성화하거나 CPU가 예외를 감지
포착: CPU가 실행 중인 명령어 사이클 후 인터럽트 요청을 검사
상태 저장: 현재 레지스터 상태와 프로그램 카운터를 커널 스택 또는 PCB에 저장
디스패치: 인터럽트 벡터 테이블에서 해당 서비스 루틴 주소를 찾아 분기
서비스: ISR(Interrupt Service Routine)이 I/O 처리, 오류 복구, 타이머 갱신 등을 수행
상태 복구: 저장된 레지스터와 PC를 복원하고 원래 실행 흐름으로 복귀
우선순위와 중첩
우선순위 레벨을 사용해 중요도가 높은 인터럽트를 먼저 처리
ISR 도중 더 높은 우선순위 이벤트가 들어오면 중첩 인터럽트로 즉시 전환 가능
낮은 우선순위 인터럽트는 마스킹해 크리티컬 섹션을 보호
시스템콜 인터페이스와 구현
역할과 분류
시스템콜은 응용 프로그램이 커널의 특권 기능을 호출하는 공식 인터페이스로, 다음과 같이 분류된다.
프로세스 제어:
fork(),exec(),exit(),wait()파일 조작:
open(),read(),write(),close()디바이스 제어:
ioctl()정보 조회:
getpid(),time()메모리 관리:
brk(),mmap(),munmap()
구현 메커니즘
응용 프로그램은 C 라이브러리의 래퍼를 통해 시스템콜을 요청
소프트웨어 인터럽트(트랩) 명령어(
int,syscall,svc)로 커널 모드 전환커널은 시스템콜 번호와 인자를 읽어
sys_call_table에서 핸들러를 호출서비스 수행 후 결과를 유저 모드로 반환하고 권한을 복원
성능 최적화
자주 쓰이는 호출은 링 전환 없이 사용자 공간에서 처리하는 vdso 사용
배치 I/O(
readv/writev)로 시스템콜 횟수 감소시스템콜 오버헤드를 고려해 설계된 심플 인터페이스 유지
모드 전환(User Mode ↔ Kernel Mode)
권한 레벨과 보호 링
CPU는 서로 다른 권한을 가진 보호 링(Ring 0~3)을 지원
Ring 0: 커널 모드(특권 명령 실행 가능)
Ring 3: 유저 모드(제한된 명령만 실행)
전환 메커니즘
트랩이나 인터럽트 발생 시 CPU가 자동으로 Ring 3에서 Ring 0으로 권한 상승
커널 스택으로 스택 포인터 자동 전환
복귀 시
iret또는sysret명령으로 유저 모드 복원
보안 및 안정성
커널 진입 경로 최소화로 공격 표면 축소
사용자 제공 포인터 검증으로 커널 메모리 보호
스택 가드, DEP(Data Execution Prevention) 등 추가 방어
프로세스·스레드 관리와의 연계
컨텍스트 스위칭
프로세스 전환 시 CPU 레지스터, 메모리 맵, PCB 상태를 저장·복원
캐시·TLB 플러시 오버헤드가 있음
스케줄링 포인트
타이머 인터럽트, 시스템콜 진입/복귀, I/O 완료, 프로세스 종료 등에서 컨텍스트 스위칭 발생
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