이중모드(Dual Mode)와 시스템호출(System Call)

 

이중모드(Dual mode)

운영체제의 이중모드(dual mode)는 컴퓨터 시스템에서 사용자 프로그램과 운영체제(OS) 간의 보안과 안전성을 유지하기 위한 기술적인 구조를 나타냅니다. 이중모드는 또한 시스템 자원을 효율적으로 관리하고 프로세스 간 충돌을 방지하며 시스템 전반의 안정성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.

운영체제는 일반적으로 두 가지 모드로 동작합니다.

1. 사용자 모드(User Mode):
   - 사용자 프로그램이 실행되는 환경입니다.
   - 사용자 모드에서는 일반적인 응용 프로그램들이 실행되며, 이 프로그램들은 시스템 자원에 직접적으로 접근할 수 없습니다.
   - 사용자 프로그램이 직접 하드웨어 자원에 접근하려고 할 때 발생할 수 있는 오류나 보안 위협으로부터 시스템을 보호합니다.

2. 커널 모드(Kernel Mode):
   - 운영체제의 핵심 부분, 즉 커널이 실행되는 환경입니다.
   - 커널 모드에서는 운영체제의 핵심 기능 및 시스템 자원에 대한 접근이 허용됩니다.
   - 운영체제는 이 모드에서 하드웨어 자원을 직접 제어하고 사용자 프로그램들 간의 충돌을 관리합니다.
   - 사용자 프로그램이 시스템 호출(system call)을 통해 운영체제 서비스를 요청할 때, 이 요청은 사용자 모드에서 커널 모드로 전환되어 처리됩니다. 이렇게 함으로써 운영체제는 사용자 프로그램에 필요한 서비스를 제공하면서도 안전성을 유지할 수 있습니다.

이중모드는 시스템의 안정성과 보안을 확보하기 위한 중요한 보안 기능 중 하나이며, 컴퓨터 시스템이 안정적으로 동작하고 외부 공격으로부터 안전하게 보호되도록 도와줍니다.

 

 

 

시스템 호출(System Call)

운영체제의 시스템 호출(System Call)은 사용자 프로그램이 운영체제의 서비스를 요청하는 인터페이스입니다. 사용자 프로그램이 직접 하드웨어 자원에 접근하는 것은 허용되지 않습니다. 대신, 시스템 호출을 통해 운영체제에게 특정 작업을 수행해달라고 요청할 수 있습니다. 시스템 호출은 사용자 모드(User Mode)에서 실행 중인 프로그램이 커널 모드(Kernel Mode)로 전환될 수 있게 해줍니다. 이렇게 함으로써 운영체제는 프로그램의 요청을 받아들이고 안전하게 실행할 수 있습니다.

 

시스템 호출의 예시로는 다음과 같은 작업이 포함될 수 있습니다.

1. 파일 관리(File Management): 파일을 열고 닫는 것, 읽고 쓰는 것, 파일과 디렉토리를 생성하거나 삭제하는 등의 파일 관련 작업을 수행할 수 있습니다.

2. 프로세스 제어(Process Control): 새로운 프로세스를 생성하거나 기존의 프로세스를 종료하는 작업, 프로세스 간 통신을 위한 기능 등이 포함됩니다.

3. 장치 관리(Device Management): 입출력 장치와의 통신을 위한 기능, 예를 들어 프린터로 출력하거나 키보드에서 입력을 받는 작업 등이 있습니다.

4. 통신(Communication): 프로세스 간의 통신을 위한 작업, 예를 들어 소켓을 열어 네트워크를 통한 통신을 하는 작업이 여기에 속합니다.

5. 메모리 관리(Memory Management): 메모리를 할당하고 해제하는 작업, 다른 프로세스와의 메모리 공유 등이 여기에 포함됩니다.

시스템 호출은 일반적으로 프로그래밍 언어의 표준 라이브러리 함수를 통해 접근됩니다. 이 함수들은 사용자 프로그램이 특정 운영체제 기능을 사용할 수 있도록 도와주며, 내부적으로는 시스템 호출을 호출하여 운영체제에게 작업을 요청합니다. 시스템 호출은 운영체제의 핵심 기능을 외부에 노출하지 않으면서도 안전하게 사용자 프로그램과 운영체제 간의 상호작용을 가능케 합니다.

 

 

 

시스템 호출의 종류

시스템 호출의 종류는 운영체제마다 조금씩 다를 수 있지만, 일반적으로 사용되는 몇 가지 시스템 호출의 종류는 다음과 같습니다

1. 파일 시스템 관련 시스템 호출
   - open() 파일을 열 때 사용되는 시스템 호출.
   - close() 파일을 닫을 때 사용되는 시스템 호출.
   - read() 파일에서 데이터를 읽을 때 사용되는 시스템 호출.
   - write() 파일에 데이터를 쓸 때 사용되는 시스템 호출.
   - create() 새로운 파일을 생성할 때 사용되는 시스템 호출.
   - delete() 파일을 삭제할 때 사용되는 시스템 호출.

2. 프로세스 제어 관련 시스템 호출
   - fork() 현재 프로세스를 복제하여 새로운 프로세스를 생성할 때 사용되는 시스템 호출.
   - exec() 새로운 프로그램을 실행할 때 사용되는 시스템 호출.
   - exit() 현재 프로세스를 종료할 때 사용되는 시스템 호출.
   - wait() 자식 프로세스가 종료될 때까지 대기할 때 사용되는 시스템 호출.

3. 메모리 관리 관련 시스템 호출
   - malloc() 동적으로 메모리를 할당할 때 사용되는 시스템 호출.
   - free() 동적으로 할당된 메모리를 해제할 때 사용되는 시스템 호출.
   - brk() 프로세스의 메모리 영역을 조정할 때 사용되는 시스템 호출.

4. 통신과 네트워킹 관련 시스템 호출
   - socket() 소켓을 생성할 때 사용되는 시스템 호출.
   - connect() 소켓을 특정 주소와 연결할 때 사용되는 시스템 호출.
   - send() 데이터를 소켓을 통해 보낼 때 사용되는 시스템 호출.
   - recv() 소켓을 통해 데이터를 받을 때 사용되는 시스템 호출.

5. 시간 관련 시스템 호출
   - time() 현재 시간을 가져올 때 사용되는 시스템 호출.

이러한 시스템 호출들은 운영체제가 제공하는 서비스에 접근하기 위해 사용자 프로그램에 의해 호출됩니다. 사용자 프로그램은 이러한 시스템 호출을 사용하여 운영체제의 기능을 활용할 수 있습니다. 더 자세한 시스템 호출은 https://chromium.googlesource.com/chromiumos/docs/+/master/constants/syscalls.md에서 확인할 수 있습니다.

Chromium OS Docs - Linux System Call Table