[운영체제] 8. 장치 관리

1. 장치의 개념

컴퓨터 시스템에는 다양한 장치가 존재한다. 프로세스 관점에서 보면 CPU와 메모리 등 실행에 필수적인 장치가 있는 반면 장치들은 데이터의 입출력에 사용되는 부가적인 장치이다.

 

입출력 장치들은 장치의 기능적 특징 및 장치 관리자의 관리 특성에 따라 세 가지 범주로 나눈다. 하나의 프로세스에만 할당 가능한 전용장치, 여러 프로세스에 할당 가능한 공용장치, 그리고 전용장치와 공용장치의 조합인 가상장치 등이 있다.

2. 장치의 구성

1. 논리적 구성

운영체제와 하드웨어는 장치 드라이버 - 장치 제어기 - 장치 순으로 연결되어 있다.

• 장치 제어기
  • 장치를 직접적으로 다루는 전자장치로, 장치 안에 포함되거나 독립적으로 존재한다.
• 장치 드라이버
  • 응용 프로그램이 요청한 일반적인 입출력 요청을 장치에 맞게 변환한다.

2. 물리적 구성

입력장치의 물리적 구성

장치의 물리적 구성은 CPU와 메모리, 그리고 나머지 장치들이 버스(bus) 로 연결되어 있는 형태를 띄고 있다.

3. 입출력 처리 유형

1. 프로그램 방법

프로그램 방법은, CPU만을 이용하여 입출력을 처리하는 것으로 폴링(polling) 을 이용한다.

 

폴링이란 CPU가 입출력장치의 상태를 지속적으로 확인하여 CPU가 원하는 상태가 될 때까지 기다리는 것이다.

2. 인터럽트 방법

인터럽트 방법은 입출력 처리에 인터럽트를 이용하는 것이다.

장치가 특정 상태가 되면 CPU에게 자신의 상태를 알리고, CPU는 진행중이던 명령만 마치고 장치의 인터럽트 요청에 대응하게 된다.

3. DMA 방법

DMA(Direct Memory Access)는 DMA 제어기를 이용하여 CPU를 통하지 않고 직접 주기억장치에 접근하여 데이터를 전송하는 방법이다.

 

CPU와 DMA 모두 메모리를 엑세스하기 때문에 동시에 엑세스 하는 경우 충돌이 발생하나, 이 경우 DMA 제어기에 우선권이 있다.

4. 입출력 관리

1. 버퍼링

버퍼(buffer)란 입출력 데이터 등의 정보를 전송할 때 임시적으로 데이터를 저장하는 메모리 공간이다. CPU의 데이터 처리 속도와 데이터 전송 속도의 차이로 인한 문제를 버퍼를 통해 해결한다.

 

순환버퍼의 예시

 

2. 스풀링

스풀링(Simultaneous Peripheral Operation On Line, SPOOLing)은 입출력 프로세스와 저속 입출력장치 사이의 데이터 전송을 자기 디스크와 같은 고속 장치를 통하도록 하는 것으로 일종의 버퍼링이다.

 

프린터등의 장치에서 주로 사용된다.