예외적 제어 흐름(ECS)

제어 흐름

• 프로세서는 오직 하나만 한다.
• 시작부터 종료까지, CPU는 한번에 하나씩, 인스트럭션 순서에 따라 읽고 처리한다.
• 이 순서를 제어흐름이라 한다.

제어 흐름의 전환

• 여태까지는 제어 흐름을 변하게 할 때 두 메카니즘을 사용했다.
  • 점프 & 브랜치
  • 콜 & 리턴
  • 프로그램 상태의 변화에 반응하는 방식이다.
• 이 방식만으로는 모든 시스템에 대응하기 부족하다.
  • 디스크나 네트워크 어답터러부터 데이터가 오는 경우
  • 0으로 나누려고 하는 인스트럭션
  • 사용자가 키보드에서 Ctrl + C를 사용하는 경우
  • 시스템 타이머가 만료된경우
  • 이 경우 시스템은 “예외적 제어 흐름”이 필요하다.
• 모든 레벨의 컴퓨터 시스템에 적용 가능하다.
  • 로우 레벨 메카니즘
    • 예외
      • 시스템 이벤트의 결과로 제어 흐름이 전환되는 것이다.
      • 하드웨어 + OS 소프트웨어의 결합으로 구현된다.
  • 하이 레벨 메카니즘
    • 프로세스 컨텍스트 스위치
      • OS 소프트웨어와 하드웨어 타이머에 의해 구현된다.
    • 시그널
      • OS 소프트웨어에 의해 구현된다.
    • 비지역성 점프
      • C 런타임 라이브러리에 의해 구현된다.

예외

• 특정 이벤트에 의해, 제어가 OS 커널에게 전환되는 것을 말한다.

  • 커널은 OS에서 메모리에 항상 상주중인 프로그램이다(메모리 레지던트)
  • 이벤트의 예시
    • 0으로 나누는 경우
    • 산술 오버플로우
    • 페이지 폴트
    • I/O 요청 완료
    • ctrl + C 입력

• 예외의 과정

  

예외 테이블

• 각 타입의 이벤트는 고유의 예외 번호 k를 가지고 있다.

• k는 예외 테이블의 인덱스를 의미한다.

  • inturrupt vector로 불린다.

• 예외 k가 발생하면 핸들러 k가 호출된다.

• 예외 테이블이란?

비동기식 예외 - 인터럽트

• 프로세서 외부 이벤트에 의해 발생한다.
  • 더 정확히는 외부 입출력 다바이스의 시그널의 결과이다.
  • 프로세서의 인터럽트 핀 설정에 의해 인지된다.
  • 핸들러는 다음 인스트럭션을 반환한다.
• 예시 :
  • 타이머 인터럽트
    • 매 ms, 외부 타이머 칩이 인터럽트를 발생시키는 경우
    • 커널이 사용한다 → 유저 프로그램으로 부터 제어를 가져오기 위해
  • 외부 디바이스에 의한 I/O 인터럽트
    • 키보드로 Ctrl + C 친 경우
    • 네트워크로부터 패킷이 온 경우
    • 디스크로부터 데이터가 온 경우