Direct execution

그냥 program을 CPU 위에서 direct하게 수행함

running program에 제한이 없으면 OS는 anything에 대한 control이 없음. 그냥 library가 되는거임

Problem 1 : Restricted operation

Process가 I/O request와 같은 제한된 operation을 수행하고 싶을 때.

Solution : Protected control transfer

• User mode : application은 hardware resource에 full access가 없음
• Kernel mode : OS는 machine의 full resources에 access 가능함

System call

kernel이 특정한 functionality를 uesr program에게 조심스럽게 노출시킴

• access file system
• create & destroy process
• communicate with other processes
• allocate more memory

Trap instruction

• kernel로 jump
• privilege level을 uesr mode에서 kernel mode로 격상

Return-from-trap instruction

• trap을 호출한 user program으로 return 함
• privilege level을 다시 user mode로 격하시킴

trap은 OS 내부에서 어떤 코드가 수행될지 어케알까

• trap table, trap handler ⇒ table에 여러 종류의 트랩이 존재하는데, 각 trap마다 trap-handler를 저장해놓음. trap-handler는 OS에서 trap에 대해 수행되는 코드부분

System-call number

• system call 마다 할당되어있음, trap-number랑은 다름
• user code는 원하는 system-call number를 register에 넣는 것을 맡음

Limited Direction Execution Protocol

Direct execution에서 uesr mode와 kernel mode로 제한을 둬 Limited direct execution

Problem2 : Process들 사이의 switching

어떻게 CPU 제어권을 OS가 다시 가져와서 다른 process로 넘겨줄까?

• Cooperative approach : wait for system calls
• Non-cooperative approach : The OS takes control

Cooperative approach : wait for system calls

process가 자발적 & 주기적으로 yield같은 system call로 CPU를 양보함

• 양보 받으면 OS는 이제 다른 task를 수행함
• Application이 illegal한걸 수행하면 또 OS에 transfer control
• problem : process가 무한loop에 빠지면 재부팅해야함

Non-cooperative approach : OS takes Control

Timer interrupt

• booting 중에 OS가 timer를 시작시킴
• 주기적으로 timer interrupt가 발생함
• interrupt가 발생하면 ⇒ 현재 실행중인 process가 일시정지되고 ⇒ process의 state를 저장함 ⇒ 미리 configured 된 interrupt handler를 실행시킴

Saving & Restoring Context

Scheduler가 decision making

• 현재 process를 계속 실행할지, 다른걸로 switching 할지 결정
• switch하기로 결정하면 OS가 context switch를 수행함

Context Switch

Context-switch는 매우 빈번하게 일어나므로 overhead를 줄이기 위해 머신에 최적화된 assembly로 구현됨

• 현재 process의 몇몇 register값들(PC, general purpose registers, kernel stack pointer)을 Kernel stack에 Save함
• Kernel stack에 곧 실행될 process의 registers 를 Restore함
• 곧 실행될 Processs를 위해 Kernel stack으로 switching 됨

Limited Direction Execution Protocol (With Timer interrupt)

Concurrency에 대한 걱정

interrupt 또는 trap handling 중에 다른 interrupt가 발생하면 어떻게 될까?

OS는 이런 situtations를 아래와 같이 대처함

• interrupt processing 중에는 interrupt를 disable함
• 정교한 Locking schemes로 internal data structure로의 concurrent access를 보호함