[책리뷰] 컴퓨터 밑바닥의 비밀: ch6.3 파일을 읽을 때 프로그램에는 어떤 일이 발생할까?

이 글은 책 컴퓨터 밑바닥의 비밀 chapter 6.3의 내용을 읽고 요약한 글입니다. 

6.3.1 메모리 관점에서 입출력

• 단순히 메모리의 복사(copy)일 뿐, 그 이상도 이하도 아님
• 그럼 파일 내용을 읽는 것을 예로 들면, 데이터는 잔치에서 프로세스 주소 공간으로 어떻게 복사될까?

6.3.2 read 함수는 어떻게 파일을 읽을까?

• 단일 코어 CPU 시스템에 프로세스 A와 프로세스 B 두개가 있고, 프로세스 A가 현재 실행중이라고 가정

넣음

1. (속에) put (sth in/into sth); (끼우다) insert; (채우다) pack, stuff

2. (손에) get, obtain, come by

3. (추가하다) add, include

 

• 프로세스 A에는 파일을 읽는 코드가 있고, 먼저 데이터를 저장하는 버퍼를 정의 후 다음과 같이 read 계열의 함수를 호출

char buffer[LEN];
read(buffer);

• 저수준 계층에서 시스템 호출을 이용하여 운영체제에 파일 읽기 요청을 보냄
• 요청은 커널에서 디스크가 이해할 수 있는 명령어로 변환되어 디스크로 전송
• CPU가 명령어를 실행하는 속도에 비해 디스크 입출력은 매우 느려 운영체제는 귀중한 계산 리소스를 불필요한 대기에 낭비할 수 없음
• 운영체제는 현재 프로세스(프로세스 A)의 실행을 일시 중지하고 입출력 블로킹 대기열에 넣음

• 운영체제는 이미 디스크에 입출력 요청을 보낸 상태이며 데이터를 특정 메모리 영역으로 복사하는 작업 시작

 

프로세스 B는 준비 완료 대기열에 들어감

 

• CPU 코어수에 비해 프로세스의 수가 훨씬 많음. 그래서 이미 다시 실행될 준비가 된 프로세스가 있더라도 바로 CPU가 할당되지 못할 수 있기 때문에 준비 완료 대기열에 들어감

프로세스 A가 블로킹 입출력 요청을 시작해서 일시 중지되더라도 CPU는 쉬지 않고 준비 완료 대기열에서 실행할 수 있는 프로세스를 찾아 실행

• 프로세스 B는 CPU가 실행하고 있으며 디스크는 프로세스 A의 메모리 공간에 데이터를 쓰고 있음

 

• 이후 데이터가 프로세스 A의 메모리에 복사하는 작업이 완료되면, 디스크는 CPU에 인터럽트 신호를 보냄
• CPU는 인터럽트 신호를 받은 후 처리가 중단되었던 함수로 점프, 디스크의 입출력 처리가 완료되었음을 알게 됨
• 운영체제는 프로세스 A를 입출력 블로킹 대기열에서 꺼내 다시 준비 완료 대기열에 넣음

• 운영체제는 CPU를 프로세스 A에 할당할지, B에 할당할 지 결정해야 함 → 프로세스 B에 할당된 CPU 시간이 아직 남아 계속 B를 실행하는 것으로 가정
• 프로세스 A는 계속 대기하고, 일정 시간 후 타이머 인터럽트 신호가 발생하면 운영체제는 프로세스 B를 준비 완료 대기열로 넣음과 동시에 프로세스 A를 준비 완료 대기열에서 꺼내 CPU를 할당