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[라즈베리파이] 시스템 콜 - 전체 흐름도 소개 [라즈베리파이] 시스템 콜

이전에 소개한 시스템 콜 흐름도와 시스템 콜 동작은 그리 간단하지 않습니다. 시스템 콜 세부 동작을 알려면 다음 시스템 전체 흐름도를 이해해야 합니다.

다음 그림은 이번에 다룰 전체 시스템 콜 흐름도입니다.
 
open(), write() 그리고 read() 함수는 파일을 열고 읽어서 쓰는 파일 입출력 동작이고, fork()와 exit() 함수는 프로세스 생성과 종료와 연관된 동작을 실행합니다. 이를 리눅스 저수준 함수라고 부릅니다. 다른 관점으로 GNU C 라이브러리로 진입하는 함수이며 이를 API(Application Programming Interface) 라고 부릅니다.

리눅스 시스템에서는 390여 개의 표준 함수들이 있는데 위 그림에서 대표적인 함수 5개를 표현한 것입니다.

라즈베리파이에서 다음 파일을 열어보면 시스템 콜 번호를 확인할 수 있습니다.
[/usr/include/arm-linux-gnueabihf/asm/unistd.h]
#define __NR_restart_syscall  (__NR_SYSCALL_BASE+  0)
#define __NR_exit (__NR_SYSCALL_BASE+  1)
#define __NR_fork (__NR_SYSCALL_BASE+  2)
...
#define __NR_pkey_mprotect (__NR_SYSCALL_BASE+394)
#define __NR_pkey_alloc (__NR_SYSCALL_BASE+395)
#define __NR_pkey_free (__NR_SYSCALL_BASE+396)

시스템 콜을 제대로 이해하려면 시스템 콜을 발생하는 유저 공간부터 시스템 콜을 실행하는 커널 공간 계층까지 전체 흐름도를 살펴볼 필요가 있습니다.

시스템 콜 실행 흐름은 4단계로 나눌 수 있습니다.

1 단계: 리눅스 저수준 표준 함수 호출
유저 어플리케이션에서 파일시스템에 접근해서 파일을 열고 읽고 쓰려고 할 때 open(), write(), read() 함수를 호출해야 합니다. 혹은 프로세스를 생성하거나 종료할 때 fork() 나 exit() 함수를 호출합니다. 이 함수들은 API(Application Programming Interface)라고 말합니다. 유저 어플리케이션에서 리눅스 커널에서 제공하는 기능을 쓰기 위해 만든 인터페이스를 의미합니다. 이 인터페이스는 모두 리눅스 시스템에서 제공하는 GNU C 라이브러리 내부에 구현돼 있습니다.

2 단계: 유저 공간에서 시스템 콜 실행
리눅스 시스템 저수준 함수를 호출하면 리눅스 시스템에서 제공하는 GNU C 라이브러리 내 코드가 실행합니다. 라이브러리 내부 ARM 어셈블리 코드 실행으로 시스템 콜을 발생합니다. 이 과정을 제대로 이해하려면 ARM에서 시스템 콜을 어떻게 처리하는지 살펴볼 필요가 있습니다.

3 단계: 커널 공간에서 시스템 콜 실행
시스템 콜이 실행하면 커널 공간으로 이동해서 시스템 테이블에 접근한 후 각 리눅스 저수준 함수(API) 종류별로 대응하는 시스템 콜 핸들러 함수로 분기합니다. sys_open(), sys_write() 그리고 sys_read() 함수들은 가상 파일 시스템을 통해 파일 시스템에 접근합니다. sys_clone() 그리고 sys_exit() 함수들은 프로세스 생성과 종료와 연관된 커널 드라이버에 있는 계층에 접근합니다.
시스템 콜 핸들러 함수는 리눅스 저수준 함수 앞에 sys_ 접두사가 붙는 경우가 대부분입니다. write() 함수는 sys_write() 함수, read() 함수는 sys_read() 함수에 대응합니다. 하지만 모든 시스템 콜 핸들러 함수가 이 규칙을 따르지는 않습니다. 리눅스 저수준 함수 fork()는 sys_clone() 시스템 콜 핸들러가 실행합니다.

4단계: 커널 공간에서 시스템 콜 핸들러 실행
시스템 콜 핸들러에서는 유저 공간에서 전달한 매개 인자에 오류를 점검 후 시스템 콜 종류에 따라 가상 파일 시스템 계층이나 프로세스 관리 함수에 접근합니다.

시스템 콜 핸들러에서는 유저 공간에서 전달한 매개 인자에 오류를 점검 후 시스템 콜 종류에 따라 가상 파일 시스템 계층이나 프로세스 관리 함수에 접근합니다.

여기까지 유저 공간에서 커널 공간까지 시스템 콜 처리 과정입니다.

시스템 콜 인터페이스 동작을 더 정확하게 이해하려면 ARM 프로세스에서 시스템 콜을 어떻게 처리하는지 알아야 합니다. 이 내용은 다음에 다룹니다.

#Reference 시스템 콜


Reference(워크큐)
워크큐(Workqueue) Overview




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