OS) 시스템 콜이란? (System Call)

시스템 콜이란?

나무위키에 따르면

사용자 프로그램이 운영체제 커널에게 하드웨어,OS 자원에 대한 작업을 요청하는 공식적인 인터페이스이다.

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이전에 User Mode, Kernel Mode를 알아야한다.

유저모드 User Mode 란?

일반 애플리케이션이 실행되는 모드이고 제한된 권한만 가진다.

게임 클라이언트, 브라우저, 에디터, 일반 프로그램

 

커널모드 Kernel Mode 란?

운영체제 핵심 코드가 실행되는 모드, 최고 권한 보유

메모리관리, 프로세스 스케줄링, 파일 시스템, 네트워크제어

모드를 2개로 나누는 이유

보안, 안정성, 자원 관리다.

만약에 모든 프로그램이 CPU,메모리,디스크, 네트워크에 직접 접근할 수 있다면

어떤 일이 벌이질까?

 

잘못된 포인터와 메모리 관리를 잘못하게 된다면,

OS전체 메모리에 오염될 수 있다.

즉, 한 프로그램의 버그가 시스템 전체가 망가질 수 있다는 얘기다.

 

근데, 프로그램을 개발하다보면, 디스크 접근해서 파일도  읽어오고,

네트워크도 쓰고있다. 

 

분명 유저모드에서는 디스크, 네트워크 접근은 안된다고 했는데??

 

시스템 콜 (System Call)의 역할

시스템 콜은 유저 모드 프로그램이 커널모드에게 요청을 전달하는 공식 통로라고 생각하면 된다.

read(fd, buffer, size);

 

이 한 줄의 코드는 아래와 같은 일이 발생한다.

1. 유저 모드에서 read()호출

2. CPU명령어를 통해 시스템 콜 발생

3. CPU 실행 모드 전환(User -> Kernel)

4. 커널이 요청 검증

5. 실제 디스크 접근 및 데이터 복사

6. 결과 반환 후 UserMode 복귀

 

시스템 콜은 비용이 비싸다

시스템 콜은 단순한 함수 호출이 아니다.

CPU모드 전환, 레지스터 저장/복구, 보안검사가 진행되는데

그래서 비용이 비싸다.

 

시스템 콜이 자주 일어나면?

- 성능저하 : 모드 전환 비용 누적, 캐시 오염, 파이프라인 플러시

- 컨텍스트 스위칭 증가 : IO대기, 블로킹 시스템 콜

- 프레임 드랍/ 지연발생 : 파일 IO / 네트워크 send/recv

 

시스템 콜을 줄이는 방법

시스템 콜은 "필요할 때만" 써야 하고, 핵심은 횟수를 줄이거나(배치/캐시), 메인 스레드에서 빼거나(비동기/스레드 분리)

커널 진입 자체를 피하는것이다.

 

1. 배치 처리 / 버퍼링 : 작은 작업을 여러 번 호출하지 말고 모아서 한번에 요청하도록 한다.

2. 캐시로 "확인/조회" 호출 줄이기 : 파일 존재 확인도 시스템 콜이 될 수 있음, 매프레임 조회X -> 이벤트기반으로 변경

3. 비동기 IO + 작업 스레드로 메인 루프에서 제거 : 시스템 콜을 없애지는 못해도, 메인 프레임 블락을 막지 않도록

4. 메모리 매핑(mmap)활용