6. Mechanism : Limited Direct Execution

CPU virtualizing을 위한 대표적인 방법 : time sharing

 - 몇 가지 문제점 : 오버헤드, control(running process efficiently with CPU controlling)

 

6.1 Basic Technique : Limited Direct Execution

 - "direct execution" : run the program directly on the CPU

 - 몇 가지 문제점 : 프로그램이 실행 중일 때 OS 단에서 발생하는 문제 --> ex) how to switch process one to another

 - 따라서, 실행 중인 프로그램에 대한 limit가 필요함

 

6.2 Problem #1 : Restricted Operations

 - Direct execution 의 장단점

 : 장점) 빠른 실행

 : 단점) I/O request나 시스템 자원(CPU, 메모리 등)에 대한 접근 요청이 있을 경우에 대한 control 문제

 - 만약 실행 중인 프로그램이 요청하는 모든 자원에 접근 가능하게 할 경우, protection문제 발생

 

 - 따라서 유저모드와 커널모드로 구분

 - 유저 모드 : i/o request나 디스크에 대한 접근에 제한적. 제한된 수행을 하려고 할 시에는 exception 발생시킴

 - 커널 모드(OS) : 유저모드에서는 건드리지 못하는 작업(privileged operation)

 - 문제점 : 유저모드에서 privileged operation이 필요한 경우 어떻게 해결? 

 

 - system call로 해결. System call을 하기 위해 필요한 것이 trap 개념

 - user mode --> system call by trap --> simultaneously jump into kernel mode --> perform privileged operation --> when finished, return-from-trap --> user mode (simultaneously reducing the privilege level back to user mode)

 - 이런 작업이 수행되기 위해서는 caller의 레지스터 상태가 저장되어야 한다.(trap을 통해 커널모드 실행 후 올바른 유저 모드로 돌아오기 위해서 이전 상태 저장 필요)

 - flag, PC, register 등을 이용

 

 - 그렇다면, 커널모드로 전환되었을 때, 어떤 코드를 실행해야 하는지에 대해서는 어떻게 알까?

 - trap table 개념

 - OS는 부팅 시에 HW에 특정 이벤트 발생 시 어떤 코드를 실행할 것인지 미리 세팅을 해놓는다.

 

 - There are two phases in the LDE protocol

 : 1. the kernel initializes the trap table, and the CPU remembers its location for subsequent use.

 : 2. the kernel sets up a few things before using a return-from-trap instruction to start the execution of the process; this switches the CPU to user mode and begins running the process.

 

6.3 Problem #2 : Switching Between Processes

A Cooperative Approach : Wait For System Calls

 - 현재 실행 중인 프로그램이 자발적으로 CPU를 놓아 줌으로써 다른 작업에 CPU가 할당되도록 함

 - 자발적으로 CPU를 놓아준다? --> system call(ex. 파일 오픈, 열람, 혹은 프로세스 생성 등)

 - 그렇다면 이러한 시스템 콜이 없는 프로세스가 무한루프에 빠져 있는 상황이라면?

 - process switching이 불가능해짐. 유일한 스위칭 방법 : reboot..

 

A Non-Cooperative Approach : The OS Takes Control

 - timer & interrupt handler

 - 특정 시간이 다 되면 현재 실행 중인 프로그램 멈추고 다른 것을 실행시키는 방법

 

Saving and Restoring Context

 -  Scheduler & context switch

 - OS가 해야할 일은 저장과 복구를 잘 하는 것(context switch 일어날 때)

 

 

-출처-

<OPERATING SYSTEMS three easy pieces>

 

REMZI H. ARPACI-DUSSEAU

ANDREA C. ARPACI-DUSSEAU

UNIVERSITY OF WISCONSIN-MADISON