[OS] 시스템 콜 (system call)

📌 system call이란?

 

OS는 크게 커널모드와 사용자모드로 나뉘어 집니다.

• 커널모드 : 모든 시스템 메모리 접근 가능. 모든 CPU명령 실행 가능
• 사용자모드 : 사용자 애플리케이션 실행. 하드웨어 직접 접근 불가. System call 호출시 일시적으로 커널모드로 전환.
• 커널모드에서 사용가능 하지만 유저모드에서는 사용하지 못하는 명령어들이 있는데 이를 Privileged Instruction이라고 한다.

커널영역의 기능을 사용자 모드가 접근하게 도와주는 기능을 System call이라고 부릅니다..

 

 

📌  System call을 사용하는 이유?

• 가장 큰 이유는 유저 애플리케이션(ex. 우리가 흔히 개발하여 실행하는 자바 애플리케이션)이 운영체제의 치명적인 데이터를 수정/삭제하는 권한을 막기 위해서 입니다. 직접적인 하드웨어 요청이나 기타 시스템 요청은 OS가 제공하는 System call을 통해 호출하도록 제공해줍니다.
• 만약 유저 애플리케이션이 System call을 호출하여 사용하면, 해당 애플리케이션은 커널모드로 잠시 전환되는 작업을 거치게 됩니다.
• 일반 유저모드에서 컴퓨터가 동작중이다가 interrupt가 발생하는 순간 CPU는 커널모드로 바꾸고 운영체제는 발생한 interrupt를 가지고 일을 한다.
• 따라서, interrupt가 발생하면 유저모드에서 커널모드로 변환이 일어난다고 할 수 있다. 유저모드에서 커널모드로 변하게 만드는 다른 방법이 한가지 있는데, 그것은 바로 **시스템 콜(system call)**이다.
• 시스템 콜이란 "운영체제가 제공하는 서비스를 부르기 위한 프로그래밍 인터페이스" 라고 정의할 수 있다.
• 보통 시스템콜은 API (Application Programming Interface)를 통하여 호출이 된다. 즉, 만약 유저가 실행중인 유저 프로세스가 커널모드에서만 수행 가능한 서비스를 사용하고 싶으면, 커널 모드를 관리감독하고 있는 운영체제에게 부탁해야 하는데 운영체제에게 부탁할 때 필요한 인터페이스가 바로 '시스템 콜' 이라는 것이다.

 

📌  System call의 대표적인 함수 알아보기

 

우선 file descriptor가 무엇인지 알아야한다.. ?

 

사용자가 파일을 관리할 때 서로 다른 파일이라는 것을 지정하기 위해서 파일 이름을 사용하곤 하죠. OS는 서로 다른 파일이라는 것을 inode number이라는 것을 통해서 내부적으로 구분하고 있습니다.줄여서 id라고 하고 Id는 숫자가 됩니다. 우리가 컴퓨터에 있는 어떤 파일을 읽고 싶다면, OS는 디스크에서 해당하는 파일을 찾고, 파일에 대한 정보를 메모리(dram)로 보내게 됩니다.   그리고 메모리상에서 파일을 아래처럼 객체화시킵니다. 이때 객체의 포인터, 메모리의 주소를 가르키는 것 file descriptor라고 합니다.

 

📌 open()

 

open함수는 파일을 읽거나 쓰기 위해 파일을 open 하는 함수입니다. 또는 파일이 없다면 빈 파일을 생성할 수도 있습니다.   함수가 성공적으로 호출이 된다면 file descriptor값을 반환하게 됩니다. 오류가 발생한다면 -1을 반환하게 됩니다.   첫 번째 인자로는 파일의 이름  또는 경로   두 번째 인자로는 파일을 어떠한 방식으로 open을 할 것 인지 지정하게 됩니다. 아래의 여러 개의 인자 중 어떤 값을 넣느냐에 따라 open 방식이 달라지게 됩니다.

 

 

📌  close()

 

파일을 open 했으면 작업을 수행한 뒤에 close를 해주어야 합니다. close함수는 아래와 같습니다.

성공하면 0을 반환하고 실패하면 -1을 반환합니다.  여기서 다시 설명을 추가하자면 Open 한 파일들을 구분하기 위한 것이 바로 file desciptor입니다. 오픈하지 않은 파일에 대해서는 file desciptor가 존재하지 않습니다. 오픈 하든 오픈하지 않든

파일을 구분하기 위해 id를 사용하고 file descriptor은 오픈한 파일들을 구분하기 위해 사용합니다.

 

📌  read()

 

열려 있는 해당 파일에서 데이터를 지정한 크기만큼 읽고 buffer에 저장합니다.

첫 번째 인자 : file descriptor  

두 번째 인자 : 파일에서 읽은 데이터를 저장할 메모리 공간  

세 번째 인자 : 파일에서 읽을 데이터의 크기  

 

📌  write()

 

파일을 오픈 한 뒤 파일에 데이터를 작성하려면 시스템 콜 write함수가 필요합니다.

첫 번째 인자 : file descriptor

두 번째 인자 : 파일에 쓸 데이터의 메모리 공간에 대한 포인터

세 번째 인자 : 파일에 쓸 데이터의 크기

 

 

📌  EX)

 

int argc : 메인 함수에 전달되는 정보의 갯수를 의미한다

*char argv[] : 메인함수에 전달되는 실질적 정보이고, 문자열의 배열을 의미한다

첫번째 문자열은 항상 프로그램의 실행경로로 ! 고정되어 있다

 

 

 

• 처음에 ./printfile을 컴파일하고 실행했을 때 arument가 없기 때문에 usage : ./printfile [file name] , [start offset] 을 출력합니다.
• hello.c 와 0 이라는 두 개의 파라미터를 입력해주었더니 start offset은 0이 되고 (atoi 는 ascii to integer로 string을 integer로 변환시켜준다.) 파일의 끝까지 출력해주는 것을 볼 수 있다. 즉 처음부터 끝까지 출력해준다.

• hello.c 와 10 이라는 두 개의 파라미터를 입력해주었더니 start offset은 10이 되었고 #include <까지 출력이 되지 않고 그 이후 부터 출력된 모습을 볼 수 있습니다.
• ./ 뒤에 실행하려는 프로그램의 이름을 붙이면 해당 프로그램이 실행됩니다. 이는 현재 디렉토리에서 실행하려는 프로그램의 경로를 지정하는 것입니다.
• 예를 들어, 현재 디렉토리에 my_program이라는 실행 가능한 프로그램이 있다고 가정해봅시다. 그렇다면 ./my_program 명령을 사용하여 이 프로그램을 실행할 수 있습니다. 이때 ./는 현재 디렉토리를 나타내며, my_program은 실행할 프로그램의 이름입니다.
• 따라서 ./ 뒤에 프로그램 이름을 붙이면 해당 프로그램이 실행되며, 이는 현재 디렉토리에서 실행 가능한 프로그램의 경로를 명시하는 것입니다.

 

 

참조 문서

• https://yusang.tistory.com/20