5. 입출력 요구의 하드웨어 연산 변환

운영체제는 App의 요청을 네트워크 회선이나, 특정 디스크 섹터에 어떻게 연계시키는가?

즉 입출력 요구를 어떻게 하드웨어 연산으로 변환시키는지 알아보자.

MS-DOS와 FAT

1. 파일명으로 데이터를 참조함.
2. 이름 ⇒ 파일 액세스 테이블의 항목을 나타낸 숫자

파일 이름과 디스크 컨트롤러 연결하기

• 파일명의 첫 부분 : 특정 하드웨어 장치를 알려줌.
• 콜론을 통해 장치 이름과 파일 이름을 쉽게 구분
• 운영체제가 각 장치에 추가적인 기능을 쉽게 연결시킬 수 있음.

UNIX라면?

1. 파일명으로 데이터를 참조함.
2. 이름 ⇒ inode 번호로 매핑되고, inode는 공간할당 정보를 포함.

파일 이름과 디스크 컨트롤러 연결하기

• 장치 이름과 파일 시스템 이름이 같은 공간 안에 결합됨.
• 통상의 파일 시스템 이름 서비스가 자동으로 제공
• 파일 이름에 대한 소유와 접근 제어를 제공 시, 장치도 이를 가짐.
• 따라서 이러한 인터페이스는 입출력 시스템에 대한 접근을 두 수준에서 제공
  • 이름이 장치에 접근하기 위해 사용됨.
  • 이름이 장치 속 파일에 접근하기 위해 사용됨.

경로명과 장치

• 장치 이름도 보통 파일처럼 표기
• 경로상으로만 보면 장치 이름이 표면적으로 구분되지 않음
• 대신 경로 이름의 접두어를 특정 장치 이름과 연관 짓는 마운트 테이블이 있음.
• 마운트 테이블을 찾아 inode 대신 <major, minor> 장치 번호를 획득
  • major : 장치 드라이버를 나타냄
  • minor : 장치 드라이버에게 전달되고, 통상 장치 테이블에 대한 인덱스로 나타냄

최신 OS의 경우

입출력 요청과 장치 컨트롤러 사이에 여러가지 룩업 테이블을 갖춰 놓고 유연성을 제공.

• 커널을 다시 컴파일하지 않고도 새 장치와 드라이버를 컴퓨터에 추가 가능

몇몇 운영체제는 언제든지 새 장치 드라이버를 적재할 수 있는 능력을 가지고 있음.

• 부트 시 필요한 하드웨어의 종류를 판단하고 필요한 드라이버를 적재.
• 부팅 후 추가된 장치는 발생하는 오류에 의해 감지될 수 있음.

예시 : 봉쇄형 읽기 처리

1. 한 프로세스가 read()를 요청

2. 커널 안에 있는 시스템 콜 코드는 그 인자를 검사

   read()의 경우 자료가 이미 버퍼 캐시에 있으면 자료를 반환 후 끝

3. 만약 자료가 버퍼 캐시에 없으면 실제의 read()가 필요.

   프로세스를 실행 큐에서 대기 큐로 옮김.

   입력 작업이 장치 드라이버로 보내짐.

   요구가 서브루틴 호출이나 커널 내부이 메시지를 통해 전달.

4. 장치 드라이버는 입력될 자료를 위해 커널 버퍼를 확보하고, 입출력을 스케줄

5. 장치 컨트롤러가 장치를 작동 = 데이터 입력

6. 장치 드라이버는 상태를 알아보거나 데이터를 얻기 위해 폴링할 수도 있고, DMA 방식으로 작업 처리를 했을 수도 있음.

   DMA 방식이라고 쳤을 때, DMA가 전송이 완료되면 인터럽트를 보냄.

7. 인터럽트 벡터 테이블을 통해 해당 인터럽트 핸들러가 인터럽트를 받고, 장치 드라이버에 신호를 보내며, 인터럽트로부터 되돌아 옴.

8. 신호를 받은 장치 드라이버는 어떠한 입출력이 완성되었는지 확인

   커널 입출력 서브시스템에게 그 요구가 완료되었음을 알려준다.

9. 커널은 자신의 버퍼로부터 요구된 프로세스의 버퍼로 데이터를 옮기고, 그 프로세스를 블록 큐에서 준비 완료 큐로 옮김

10. 준비 완료 큐로 보내진 작업은 블록 상태를 벗어나서 준비 완료 상태가 됨.

    스케쥴러가 이 작업에 CPU를 할당. 프로세스는 시스템 콜에서 복귀한 것.