트랩 (Trap)

핵심 개념

트랩은 오류(예: 0으로 나누기, 잘못된 메모리 접근) 또는 운영체제 서비스 수행을 위한 사용자 프로그램의 특정 요청(시스템 콜)에 의해 발생하는 소프트웨어 생성 인터럽트이다.

트랩은 예외(exception)라고도 불린다.

트랩 발생 원인

원인	예시
오류 발생	0으로 나누기, 잘못된 메모리 접근
시스템 콜	사용자 프로그램이 운영체제 서비스 요청

트랩과 모드 전환

트랩이나 인터럽트 발생 시마다 하드웨어가 user mode에서 kernel mode로 전환한다.

1. 하드웨어가 mode bit의 상태를 0으로 변경 (kernel mode)
2. 시스템이 운영체제의 제어를 얻음
3. 커널 모드에서 처리 수행

시스템 콜과 트랩

시스템 콜은 보통 인터럽트 벡터의 특정 위치로의 트랩 형태를 취한다.

• 일반 trap 명령어로 실행 가능
• 일부 시스템은 시스템 콜 호출을 위한 특정 syscall 명령어를 가짐
• 시스템 콜 실행 시, 하드웨어에 의해 소프트웨어 인터럽트로 취급됨

오류 처리

하드웨어 보호가 모드를 위반하는 오류를 감지하면:

1. 하드웨어가 운영체제로 트랩
2. 인터럽트 벡터를 통해 운영체제로 제어 전달
3. 운영체제가 프로그램을 비정상적으로 종료
4. 적절한 오류 메시지 제공
5. (선택적) 프로그램의 메모리 덤프가 파일에 기록

트레이드오프

장점	단점
소프트웨어 이벤트에 대한 체계적 처리	모드 전환 오버헤드
사용자-커널 모드 전환 메커니즘 제공

관련 개념

• 인터럽트 (Interrupt) - 하드웨어가 CPU에게 이벤트 발생을 알리는 메커니즘으로, 트랩은 소프트웨어 생성 인터럽트
• 인터럽트 벡터 (Interrupt Vector) - 트랩 발생 시 핸들러 주소를 찾는 데 사용되는 주소 배열
• 이중 모드 연산 (Dual-Mode Operation) - 트랩 발생 시 사용자 모드에서 커널 모드로 전환되는 메커니즘
• 시스템 콜 (System Call) - 트랩을 통해 운영체제 서비스에 접근하는 방법
• 특권 명령어 (Privileged Instructions) - 사용자 모드에서 실행 시도 시 트랩이 발생하는 명령어

출처

• Operating System Concepts, 10th Edition, Chapter 1, p.22, 25-26