[운영체제] 프로그램의 실행

본 게시글은 KOCW 이화여자대학교 반효경 교수님의 <운영체제> 강의를 듣고 정리한 내용입니다.
게시글에 포함되는 이미지 자료 또한 해당 강의에 포함된 강의 자료입니다.

프로그램의 실행 - 메모리 load 과정

프로그램이 어떻게 컴퓨터에서 실행되는 것인지 프로그램 실행 과정에 대해 정리해봅시다.

보통 프로그램은 하드디스크(파일 시스템)에 실행파일(exe) 형태로 저장되어 있습니다.

이 실행파일을 실행시키게 되면, 메모리로 올라가서 프로세스가 되어 실행됩니다.

즉, 프로그램 실행의 큰 구조는 Disk에 있는 실행 파일을 실행하면, 물리적인 메모리에 올라가서 프로세스가 되어 프로그램이 실행됩니다.

 

이 때, 바로 물리적인 메모리(Physical Memory)로 올라가는 것이 아니라 가상 메모리 단계를 거치게 됩니다.

어떤 프로그램을 실행시키게 되면, 그 프로그램만의 독자적인 메모리 주소공간(= Virtual Memory, 가상메모리)이 생기게 되는데, 이 주소공간은 code, data, stack으로 구성됩니다.

 

프로그램을 실행시키면 가상 메모리라는 주소공간이 생기고 종료시키면 이 주소공간은 사라지게 됩니다.

이 주소공간은 물리적인 메모리에 다 올리지 않습니다. (메모리가 낭비되기 때문)

가상 메모리 공간을 물리적인 메모리 공간으로 당장 필요한 부분만 올리고 불필요한 부분은 메모리에서 disk의 swap area에 내립니다.

swap area는 휘발성 공간(컴퓨터 전원이 나가면 이 공간의 메모리 내용 사라짐)으로, 메모리 용량의 한계 때문에 메모리의 연장 공간으로 사용하는 것이라고 할 수 있습니다.

커널 주소 공간의 내용

운영체제 커널도 하나의 프로그램이기 때문에 커널 주소 공간에 code, data, stack 으로 이루어진 주소 공간이 존재합니다. (위의 그림에서 흰색)

운영체제 커널은 어떤 코드들로 구성되어있는지 커널 주소 공간의 내용을 살펴봅시다!

 

code

• 시스템 콜, 인터럽트 처리 코드
• 효율적인 자원 관리를 위한 코드
• 편리한 서비스 제공을 위한 코드  

data

• 운영체제가 사용하는 여러 자료구조들이 정의되어 있음
• CPU, memory, disk 와 같은 하드웨어를 관리하고 통제하기 위한 자료구조 존재
• 프로세스(= 실행 중인 프로그램) 관리를 위한 PCB(Process Control Block) 존재

stack

• 함수 호출을 위한 영역
• 여러 프로세스가 시스템 콜을 통해 운영체제 커널의 코드를 실행할 수 있으므로 프로세스 별로 스택 공간을 따로 두고 있음

사용자 프로그램이 사용하는 함수

사용자 정의 함수

• 자신의 프로그램에서 정의한 함수

라이브러리 함수

• 자신의 프로그램에서 정의하지 않고 가져와 사용한 함수
• 자신의 프로그램의 실행 파일에 포함되어 있음

커널 함수

• 운영체제 프로그램의 함수
• 커널 함수의 호출 == 시스템 콜

사용자 정의 함수, 라이브러리 함수는 프로그램 내에 정의되어 있는 함수입니다.

커널 함수는 커널 코드 내에 존재하는 함수이므로 시스템 콜을 통해 호출할 수 있습니다.