1. User Mode and Kernel Mode in Operating System

CPU가 실행되는 두 가지 권한 수준(Privilege Level)을 의미

User Mode

• 정의
  • 애플리케이션 프로그램이 실행되는 모드
  • CPU는 제한된 권한만 가지며, 하드웨어 자원에 직접 접근 불가
• 특징
  • 사용자 프로세스는 커널 메모리에 접근할 수 없음
  • 잘못된 동작이 발생해도 OS 전체가 영향을 받지 않도록 격리
  • 하드웨어 제어나 시스템 콜은 직접 수행 불가
    • 반드시 커널 모드에 요청

Kernel Mode

• 정의
  • 운영체제 커널이 동작하는 모드
  • CPU는 모든 명령을 수행할 수 있고, 모든 자원에 접근할 수 있음
• 특징
  • 메모리 관리, 프로세스 스케줄링, 파일 시스템 관리, 디바이스 드랑이버 제어 등 핵심 기능 수행
  • 잘못된 명령 실행 시 OS 전체가 치명적 오류 발생
  • 보안을 위해 일반 사용자 프로그램은 직접 진입 불가, System Call을 통해서만 가능

User / Kernel Switching

• 전환 방법
  • 프로그램이 OS 기능을 요청할 때 시스템 콜을 발생시켜 CPU를 커널 모드로 전환
  • 예시
    • read(), write(), fork() 와 같은 시스템 콜은 사용자 모드에서 실행될 수 없으므로 커널 모드에서 처리

2. Register vs Memory

Register

• 정의
  • 레지스터는 CPU 내부에 위치한 초고속 기억 장치
  • 명령어 실행 중 필요한 데이터를 임시로 저장
• 특징
  • CPU가 직접 접근할 수 있어 속도가 매우 빠름
  • 개수가 제한적, 용도에 따라 특수화된 레지스터 존재

Memory

• 정의
  • 실행 중인 프로그램과 데이터를 저장하는 장치
  • CPU가 명령을 수행할 때 필요 데이터를 읽고 씀
• 특징
  • 속도는 레지스터보다 느리지만 저장 용량이 훨씬 큼
  • 프로그램 실행 시 디스크에서 코드와 데이터를 메모리로 적재한 후, CPU가 이를 실행
  • OS는 메모리를 효율적으로 관리하기 위해 가상 메모리 제공

3. User Stack

정의