[운영체제] 시스템 콜(System Call)

시스템 콜

시스템 콜 의미

• 운영체제가 제공하는 서비스를 사용하기 위한 프로그래밍 인터페이스
• 커널 모드(Kernel Mode)와 사용자 모드(User Mode)로 나뉘어 구동
• 운영체제에서 프로그램이 구동되는데 있어 파일을 읽어 오거나, 파일을 쓰거나, 혹은 화면에 메시지를 출력하는 등 많으 부분이 커널 모드를 사용
• 시스템 콜은 이러한 커널 영역의 기능을 사용자 모드가 사용 가능하게, 즉 프로세스가 하드웨어에 직접 접근해서 필요한 기능을 사용할 수 있게 함
• 통상적으로 시스템 콜은 여러 종류의 기능으로 나뉘어져 있음
• 각 시스템 콜에는 번호가 할당되고 시스템 콜 인터페이스는 이러한 번호에 따라 인덱스 되는 테이블을 유지된다. 아래 그림은 open() 시스템 콜을 호출 했을 때 운영체제에서 어떻게 처리되는지를 보여줌

 

필요 이유

• 사용자가 일반적으로 사용하는 프로그램은 '응용프로그램'
• 유저레벨의 프로그램은 유저레벨의 함수들 만으로는 많은 기능을 구현하기 힘듦
• 따라서 커널(kernel)의 도움을 반드시 받아야 함
• 이러한 작업은 응용프로그램으로 대표되는 유저 프로세스(User Process)에서 유저모드에서는 수행할 수 없음
• 커널에 관련된 것은 커널모드로 전환한 후에야, 해당 작업을 수행할 권한이 생김
• 커널 모드를 통한 이러한 작업은 반드시 시스템 콜을 통해 수행하도록 설계되어 있음
• 해커가 피해를 입히기 위해 악의적으로 시스템 콜을 사용하는 경우나 초보 사용자가 하드웨어 명령어를 잘 몰라서 아무렇게 함수를 호출했을 경우에 시스템 전체를 망가뜨릴 수도 있기 때문에 필요
• 이러한 명령어들은 특별하게 커널 모드에서만 실행할 수 있도록 설계되었고, 만약 유저 모드에서 시스템 콜을 호출할 경우에는 운영체제에서 불법적인 접근이라 여기고 trap을 발생

 

종류

1. 프로세스 컨트롤
   • 프로세스 생성 및 종료
   • 메모리에 로드, 실행
   • 프로세스 속성 값 확인, 지정
   • wait 이벤트, signal 이벤트
   • 메모리 할당

2. 파일 메니지먼트
   • 파일 생성, 파일 삭제
   • 열기, 닫기
   • 읽기, 쓰기, Reposition
   • 파일 속성 값 확인, 지정

3. 디바이스 매니지먼트
   • 디바이스 요청 및 해제
   • 읽기, 쓰기, Reposition
   • 디바이스 속성 확인, 지정
   • 비 물리적인 디바이스 해제 및 장착

4. 정보 관리
   • 시간 확인, 시간 지정
   • 시스템 데이터 확인, 지정
   • 프로세스, 파일, 디바이스 속성 가져오기
   • 프로세스, 파일, 디바이스 속성 설정하기

5. 커뮤니케이션
   • 커뮤니케이션 연결 생성 및 삭제
   • 메시지 송신, 수신
   • 상태 정보 전달
   • remote 디바이스 해제 및 장착

6. 보안
   • Permission 획득
   • Permission 설정

 

작동 방식

1. 라이브러리 함수(printf)를 호출
2. 라이브러리 함수 내부에서 시스템 콜(write)를 호출
3. 해당 시스템 콜의 인덱스(4)를 CPU 레지스터에 저장
4. 0x80 인터럽트를 발생시킨다.(커널 모드로 전환)
5. IDT(Interrupt Descriptor Table)를 참조하여 system_call()을 호출
6. 이때 3에서 저장한 인덱스를 system_call() 함수 내에 전달
7. sys_call_table을 참조해 해당 인덱스에 맞는 기능(sys_write)을 호출
8. 수행이 모두 끝나면 사용자 모드로 전환