Kang Chang Ryong

3 분 소요

오늘 얘기는 시험에 안 나옴

Algorithm: 컴퓨터가 이해하는 logic


  1. What to do: 소프트웨어 프로그래머가 찾아야 하는 것으로 무엇에 대해 해결할지를 결정하는 것
    • 문제를 찾는 과정
  2. How to do: 컴퓨터가 어떻게 what to do를 해결해야 할 지를 작성하는 것

Coding: Algorithms와 data structure 를 기반으로 program을 만드는 행위

  • 사실 코딩은 그렇게 중요하지 않음


Error

  • syntax error: 컴파일러가 잡아주기 때문에 해결이 어렵지 않음
  • semantic error: 설계 과정에 문제로 해결하기가 까다로움


machine language를 instruction이라고 함: computer에게 내리는 지시니까


이 과목이 중요한 이유

  • 취업을 했을때 우리가 하는 것은 application 프로그래밍이 아닌 system 프로그래밍이다.
  • cover하는 영역이 매우 넓음.


이번 학기에는 주로 OS에 대해 배울 것임

OS가 제공하는 api를 사용(프로그램 작성)해봄으로써 os 커널 구조를 이해하는 수업이 될 것임

  • 주로 Linux 사용 (우분투,Ubuntu)


System software

  • software designed to provide a platform to other software

  • 다른 프로그램을 실행시키기 위해서 도움을 주는 프로그램
  • system sorftware의 사용자는 다른 software
  • 이를 삭제했을 떄 다른 소프트웨어에 영향을 끼친다.
    • 게임 프로그램은 삭제해도 다른 소프트웨어에 영향을 끼치지 않기 때문에 시스템 소프트웨어가 아님
  • 다른 소프트웨어에게 서비스를 제공하기 위한 소프트웨어


시스템 소프트웨어의 예시

  • OS kernals
  • Drivers
  • Bare Metal Hypervisors(가상화 tool)
  • Compilers (that produce native binaries) and Debuggers

시스템 소프트웨어가 아닌

  • GUI chat application(Slack, Discord, etc)
  • Web-based JavaSript Application
  • Web Service API


시스템 프로그래밍이 어려운 이유

하드웨어 computer architecture를 잘 알아야 함

OS도 잘 알아야 함.

시스템 소프트웨어는 OS의 기능을 잘 활용해야 하기 때문에 (하드웨어를 제어하는 것이 포함되어 있음)

다른 소프트웨어에게 서비스를 제공하는 platform이기 때문에 performance가 상당히 중요하여 programming하기가 굉장히 어렵다.


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가운데 두 개가 CPU

CPU에서 main memory와 정보를 주고 받기 위한 bus(데이터 전송 채널)가 두 개 있음

  • Data Bus
  • Address Bus

CPU의 핵심 장치는 Program Control Unit(능동적인 결정), ALU는 slave(시키는 일만 함)

instruction에 의해서 프로그램이 실행되는데 그거는 우리가 짜는 알고리즘에 의해서 만들어 지는 것이다.

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word단위로 읽어올 수도 있음.

r/w : read or write

읽어오는 경우 data bus가 양방향이기 떄문에 main memory에서 데이터 값을 읽어온다.


Cache : cpu와 main memory 사이에 설치해 놓은 memery

  • 사용 목적은 c와 m의 speed gap을 보완 하기 위한 용도
  • cpu의 속도를 m.m이 따라가지를 못함(m.m은 용량은 굉장히 늘어나긴 했지만)
  • 이 격차가 계속 벌어지기 때문에 심각한 문제 발생(성능 측면)
  • 폰노이만 구조에서 격차가 크면 성능 저하가 발생한다.


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  1. main memory에 프로그램과 데이터가 깔려 있어야 함

  2. 메모리의 주소는 바이트 단위로 되어있다.(address bus)

    • 메모리의 내용은 addressable 되어야함.

    • address는 16라인이 공급됨(CPU에서 만들어짐)
      • CPU가 만드는 방법:
      • 어셈블리어로 만든 코드가 있다고 가정, 이를 기계어로 만들면 맨 첫 줄이 0번지이다.
      • 모든 프로그램이 0번지 부터 시작되게 되면 충돌이 발생(멀티 불가능)
    • A15,A14, … , A1, A0
    • 이 address bus의 데이터가 모두 0이면 0번지를 의미, A0만 1이면 1번지를 의미

  3. 어떤 프로그램의 실행은 sequential fashion으로 발생한다. (loop나 selection이 없는 경우, 즉 unless explicitly modified)

    • if-else문의 경우 false일때 특정 블록을 건너뛰는 것이 selection


하나의 instruction이 실행되기 위해서 다음 과정이 실행된다.

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읽어온다음에 실행(ALU에 의해)다시 돌아오고 이 loop가 반복

interrupt cycle: 방해가 되었다는 뜻인데 무엇이 방해가 된 걸까?

  • CPU에 INT라는 핀이 있는데
  • aschronous 처리
  • 외부에서 아무떄나 interrupt를 걸 수 있지만 CPU는 INT핀이 active high로 떠도 첫 번째 instruction때 interrput는 무시하다가 두 번째 instruction를 실행하기 직전에 잠깐 본다. interrupt가 없다면 fetch에 의해 다시 실행.

즉, 하나의 instruction이 실행시에는 어떠한 방해도 받지않는다.


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  • CPU register
  • cache
  • m.m

CPU register는 CPU 칩안에 존재(고속 메모리)

  • 용도:?(1:31)


m.m는 메모리 칩에 존재, cache는 mm과 cpu사이


Instruction format:2개의 s, 1개의 D, 4비트 Op code

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data operation은 ALU 가

그 앞단계들은 control unit



Run Time Environment(RTE)

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RTL의 example은 OS임.

모든 응용프로그램은 OS에서 실행됨

OS

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보라색: OS kernal (핵심 부분)


OS가 추구하는 목표

  1. Efficiency: 하드웨어 자원을 효율적으로 사용(대표적으로 CPU)
    • CPU는 IO를 직접 실행시키지 않고 IO가 실행될 때는 놀고 있기 때문에 이 시간을 이용하여 다른 것 실행
  2. Convenience:
    • OS가 제공하는 API: System calls
    • 시스템 콜을 사용하기 쉽지 않아서 나온 것이 User interface

Process VMs

Process Life Cycle


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user interface에 해당하는 것이 libarary function이고 이것이 system calls을 대신 호출해 준다.


user mode / kernal mode

CPU가 프로그램을 실행할 때 mode가 두 개가 있다.

user mode: 사용자 프로그램에서 실행되는, 자기한테 할당된 영역만 r/w

kernal mode: 모든 메모리의 영역을 r/w 할 수 있음

두 모드는 권한의 차이인 것임


바로 kernal mode로 들어가기엔 부담이 있기 때문에 user library가 system call을 대신 호출해 준다.

system call을 호출할 때는 변수가 stack에 생기지 못하기 때문에 부담이 있는 것.

Ms word 아이콘을 두 번 누르면 창이 두 개가뜸 -> 프로세스가 두개가 실행 된 것

instance두 개가 만들어진 것


CPU register에서 값을 copy하고 mode를 change 해줘야 하는데 이를 trap을 이용

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참고