컴퓨터 시스템 : CSAPP 8장 정리

고웅 2025. 4. 19. 08:36

Exceptional Control Flow (ECF)는 프로그램의 일반적인 순차 흐름을 예외적으로 변경하는 메커니즘으로, 운영체제의 핵심 기능인 입출력, 프로세스, 가상 메모리 등을 구현하는 데 사용된다. 프로그래머에게 중요한 이유는 다음과 같다:

시스템 개념 이해에 필수적: 프로세스 생성, 종료, 신호 처리 등은 모두 ECF를 기반으로 구현된다.
운영체제와의 상호작용 이해: 응용 프로그램이 시스템 콜을 통해 OS 서비스를 요청할 때 trap이라는 형태의 ECF를 사용한다.
응용 프로그램 작성 능력 향상: 예를 들어 유닉스 셸이나 웹 서버 같은 프로그램은 ECF 메커니즘을 적극적으로 활용한다.
동시성(concurrency) 이해의 기초: 인터럽트, 프로세스, 스레드, 시그널 핸들러 등의 개념은 모두 ECF의 예다.
소프트웨어 예외 처리의 이해: C++, Java 등의 언어에서 사용하는 예외 처리(try, catch, throw)는 낮은 수준의 ECF(setjmp, longjmp 등)를 기반으로 구현된다.

8.1 : Exceptions

Exception(예외)은 하드웨어와 운영체제가 공동으로 처리하는 ECF의 한 형태로, 프로세서 상태의 변화에 따라 발생하는 갑작스러운 제어 흐름 변경이다. 예외가 발생하면 exception handler라는 특수 서브루틴으로 흐름이 전환된다.

예외는 일반적으로 현재 실행 중인 명령어(Icurr)의 실행 중 발생한 이벤트로 인해 트리거된다. 예외가 발생하면 다음과 같은 과정이 이루어진다:

현재 프로세서 상태 저장:
- 현재 프로그램 카운터(PC, 즉 다음에 실행할 명령어의 주소), 레지스터 등 시스템 상태를 저장.
- 이는 이후 예외 처리 루틴을 마친 뒤 원래 흐름으로 되돌아가기 위해 필수.
핸들러 주소 결정 및 점프:
- 시스템은 예외의 원인에 해당하는 고유 번호(예외 번호)를 기반으로, exception table이라는 점프 테이블에서 적절한 exception handler의 주소를 찾는다.
- 그 주소로 제어 흐름이 전환 (즉, 함수 호출과 비슷하게 handler로 jump).
예외 핸들러 실행:
- 예외에 따라 복구 작업, 메시지 출력, 시스템 콜 수행, 또는 프로세스 종료 등 적절한 조치를 수행한다.
정상 복귀 or 종료:
- 예외의 종류에 따라:
  - Icurr로 복귀 (예: 페이지 폴트)
  - Inext로 복귀 (예: 시스템 콜)
  - 복귀 불가 → 종료 (예: 하드웨어 오류)

단계	설명
1	예외 발생 (I<sub>curr</sub> 실행 중 이벤트)
2	예외 번호에 따라 핸들러 주소 탐색 (exception table 참조)
3	핸들러로 점프 → 예외 처리 루틴 실행
4	예외 처리 완료 후 흐름 복귀 또는 종료

예외는 일반적인 호출이 아닌 강제적인 함수 호출처럼 볼 수 있다.
예를 들어, 프로그램이 나뭇가지를 쭉 따라가며 실행 중인데, 갑자기 벼락이 떨어져서 다른 길(exception handler)로 밀려난 후, 다행히 다시 원래 길로 복귀하거나, 너무 큰 사고면 진행이 불가능해지는 상황이다.

예외는 발생 원인과 복귀 방식에 따라 4가지 주요 클래스로 분류된다.

x86-64 아키텍처에서 예외 번호(exception number)와 예외 벡터(exception vector)를 어떻게 정의하고 사용하는지, 그리고 리눅스 커널이 이 예외들을 어떻게 분류하고 처리하는지에 대해 설명한다.