3-2. System calls

중앙대학교 3-2 리눅스 응용 설계 (손용석 교수님) 과목 정리입니다.

Processor Modes

• The OS must restrict what a user process can do
  • What instructions can execute
  • What portions of the address space are accessible
• Supervisor mode (Kernel Mode)
  • instruction set의 어떤 instruction이든 실행 가능
    • processor 중지, mode bit 변경, I/O 초기화
  • system의 어떤 memory location이든 접근 가능
    • OS address space의 code & data
• User Mode
  • Restricted capabilities
    • privileged instruction 실행 불가
    • kernel address space 내부의 reference code & data를 직접 참조 불가
  • Any such attempt results in a fatal “protection faults”
    • Instead, user mode access OS code and data indirectly via system calls

System call

• system call is the programmatic way in which a computer program requests a service to the kernel of the operating system it is executed on
  • compuiter program은 operating system’s kernel에 요청할 때 system call을 생성할 수 있다.
  • System call은 OS의 service를 user program에 Application Program Interface (API)를 통해 제공한다.
  • API는 process와 OS 사이의 interface를 user-level process가 OS의 service를 요청할 수 있도록 허용한다.
  • System call은 trap의 special version
    • Trap is a software interrupt

Interrupt

Concept

• An interrupt is an event indicating the need for change in execution
• 인터럽트는 실행 변경의 필요성을 나타내는 event.
• interrupt는 event가 제때 처리될 수 있도록 processor가 현재 실행 중인 코드를 interrupt하기 위한 요청
  • request accepted : processor는 current activity (current process)를 멈추고, current activity (current process)의 state를 저장한 후 event를 처리하기 위해 interrupt handler에 의해 호출된 function을 실행한다.
  • interrupt handler가 끝난 후에, 중지되었던 acitivity가 재개된다.
• Example

Trap and System call

Trap

• Trap is a synchronous software interrupt
• Trap is no wait
• Trap 은 user process에 의해 발생하고(System call), OS의 functionality를 호출한다.
• Trap 은 다양한 요인으로 발생할 수 있는 software-produced interrupt
  • including instruction error (division by zero, illegal memory access)
  • Trap은 또한 user program이 OS에 서비스 요청(System call)을 할 때 생성될 수 있다.

Example

printf(”%s\n”, str); 을 호출했을 때

• printf() : C 라이브러리에서 함수를 호출하기 위해 user space에서 사용가능한 APIs / interfaces
• printf()는 write() system call을 사용한다.
• write() system call은 data를 output으로 내보내는 역할을 한다.

Trap vs Interrupt

Trap

• user program이 OS에 특정 functionality를 즉시 수행하도록 지시하는 signal
• synchronous process
• 모든 trap은 interrupt
• software interrupt로 불림
• user program instruction이 trap을 발생시킴
• OS의 특정 functionality를 실행하고, trap handler에게 제어권을 넘김

Interrupt

• immediate attention이 필요한 event를 나타내는 hardware에서 CPU로 전송되는 신호
• asynchronous process
• 모든 interrupt가 trap인 것은 아님
• Hardware device에 의해 생성됨
• hardware interrupt로 불림
• CPU가 특정 interrupt handler routine을 실행하도록 강제함

System call procedure

x86 architecture의 interrupt vector table을 구현하는 자료구조

• System call in terms of user and kernel space

System call

• open, read, write, close, wait, exec, fork, exit, kill

System call category

• Process control
• File management
• Device management
• Information mainteneance
• Communication
• Protection

Example of Linux System calls

Fork()

• creates a task by copying all the states of the caller task
• 두 process는 상태를 공유하지 않음

clone()

• creates a task that shares a subset of states of the caller stack
• 일부 state를 공유한다.

Implementation of do_fork()

• do_fork()
  • call copy_process() : actual copy operation 실행
  • allocate a new PID
  • call wake_up_new_task() : runqueue의 head에 새롭게 생성된 task를 두기
• Sched_class
  • Real Time : enqueue_task_rt
  • Normal : enqueue_task_fair