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운영체제와 컴퓨터 그리고 인터럽트.md

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운영체제와 컴퓨터 그리고 인터럽트

운영체제의 역할

  1. CPU 스케줄링과 프로세스 관리
    • CPU 소유권을 어떤 프로세스에 할당할지 관리
    • 프로세스의 생성과 삭제
    • 자원 할당 및 반환 관리
  2. 메모리 관리
    • 한정된 메모리를 어떤 프로세스에 얼마만큼 할당해야 하는지 관리
  3. 디스크 파일 관리
    • 디스크 파일을 어떠한 방법으로 보관할지 관리
  4. I/O 디바이스 관리
    • I/O 디바이스들인 마우스, 키보드와 컴퓨터 간에 데이터를 주고받는 것을 관리

운영체제의 구조

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  • GUI가 없고 CUI만 있는 리눅스 서버도 있다
  • GUI : 사용자가 전자장치와 그래픽으로 상호작용할 수 있도록 하는 사용자 인터페이스
  • 드라이버 : 하드웨어를 제어하기 위한 소프트웨어
  • CUI : 그래픽이 아닌 명령어로 처리하는 인터페이스

컴퓨터 구조

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  • DMA 컨트롤러

    • I/O 디바이스가 메모리에 직접 접근할 수 있도록 하는 하드웨어 장치
    • CPU에만 너무 많은 인터럽트 요청이 들어오기 때문에 CPU의 일을 부담하는 보조장치
    • 하나의 작업을 CPU외 DMA 컨트롤러가 동시에 하는 것을 방지

  • 메모리

    • 전자회로에서 데이터나 상태, 명령어 등을 기록하는 장치
    • 보통 RAM(Random Access Memory)을 일컬어 메모리라고 한다
    • CPU는 계산을 담당, 메모리는 기억을 담당
    • 메모리가 크면 클수록 많은 일을 동시에 처리 가능

  • 타이머

    • 몇 초 안에는 작업이 끝나야 한다는 것을 정하고 특정 프로그램에 시간 제한을 다는 역할
    • 시간이 많이 걸리는 프로그램이 작동할 때 제한을 걸기 위해 존재

  • 디바이스 컨트롤러

    • 컴퓨터와 연결되어 있는 I/O 디바이스들의 작은 CPU

  • CPU(Central Processing Unit)

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    • 인터럽트에 의해 메모리에 존재하는 명령어를 해석해서 실행하는 장치

    • 관리자 역할을 하는 운영체제의 커널이 프로글매을 메모리에 올려 프로세스로 만들면 CPU가 이를 처리

    • 산술논리연산장치(ALU, Arithmetic Logic Unit)

      • 덧셈, 뺄셈 같은 두 숫자의 산술 연산과 배타적 논리합, 논리곱 같은 논리 연산을 계산하는 디지털 회로

    • 제어장치(CU, Control Unit)

      • 프로세스 조작을 지시하는 CPU의 한 부품
      • 입출력장치 간 통신을 제어하고 명령어들을 읽고 해석하여 데이터 처리를 위한 순서를 결정

    • 레지스터

      • CPU 안에 있는 매우 빠른 임시기억장치를 가리킨다
      • CPU와 직접 연결되어 있으므로 연산 속도가 메모리보다 수십배에서 수백배까지 더 빠르다
      • CPU는 자체적으로 데이터를 저장할 방법이 없기 때문에 레지스터를 거쳐 데이터를 전달

    • CPU의 연산처리

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      1. 제어장치가 메모리와 레지스터에 계산할 값을 로드
      2. 제어장치가 레지스터에 있는 값을 계산하라고 산술논리연산장치에 명령
      3. 제어장치가 계산된 값을 다시 레지스터에서 메모리로 저장

인터럽트

  • 어떤 신호가 들어왔을 때 CPU를 잠깐 정지시키는 것
  • 종류
    • 키보드, 마우스 등 I/O 디바이스로 인한 인터럽트
    • 0으로 숫자를 나누는 산술 연산에서의 인터럽트
    • 프로세스 오류로 인한 인터럽트
  • 인터럽트가 발생되면 인터럽트 벡터에 모여 있는 인터럽트 핸들러 함수가 실행
  • 인터럽트 간에는 우선순위가 있고 우선순위에 따라 실행
  • 하드웨어 인터럽트, 소프트웨어 인터럽트 2가지로 나뉨
💡 인터럽트 핸들러 함수
  • 인터럽트가 발생했을 때 이를 핸들링하기 위한 함수
  • 커널 내부의 IRQ를 통해 호출되며 request_irq()를 통해 인터럽트 핸들러 함수를 등록할 수 있다

하드웨어 인터럽트

  • 키보드를 연결한다거나 마우스를 연결하는 일 등의 I/O 디바이스에서 발생하는 인터럽트
  • 인터럽트 라인이 설계된 이후 순차적인 인터럽트 실행을 중지하고 운영체제에 시스템콜을 요청해서 원하는 디바이스로 향해 디바이스에 있는 작은 로컬 버퍼에 접근하여 일을 수행
  • 종류
    • 입출력 인터럽트(I/O Interrupt) : 입출력 작업의 종료나 입출력 오류에 의해 CPU의 기능이 요청됨
    • 정전, 전원 이상 인터럽트(Power Fail Interrupt) : 전원 공급의 이상
    • 기계 착오 인터럽트(Machine Check Interrupt) : CPU의 기능적인 오류
    • 외부 신호 인터럽트(External Interrupt) : I/O 장치가 아닌 오퍼레이터나 타이머에 의해 의도적으로 프로그램이 중단된 경우

소프트웨어 인터럽트

  • 트랩(trap)이라고도 한다
  • 프로세스 오류 등으로 프로세스가 시스템콜을 호출할 때 발동

인터럽트 우선순위

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