시스템 콜의 유형에 대해 설명해 주세요.

시스템 콜은 커널이 제공하는 기능에 따라 프로세스 제어, 파일 관리, 장치 관리, 정보 유지, 통신, 메모리 관리 6가지로 분류됩니다.

유형 전체 요약

유형역할대표 시스템 콜
프로세스 제어프로세스 생성·실행·종료·대기fork(), execve(), exit(), wait()
파일 관리파일 열기·읽기·쓰기·닫기open(), read(), write(), close()
장치 관리하드웨어 장치 제어ioctl(), read(), write()
정보 유지시스템·프로세스 정보 조회·설정getpid(), time(), uname()
통신프로세스 간 데이터 교환pipe(), socket(), shmget()
메모리 관리메모리 할당·해제·매핑mmap(), brk(), munmap()

1. 프로세스 제어

프로세스의 생명주기(생성 → 실행 → 대기 → 종료)를 관리합니다.

시스템 콜설명
fork()현재 프로세스를 복제하여 자식 프로세스 생성
execve()현재 프로세스를 새 프로그램으로 교체
exit()프로세스 종료
wait() / waitpid()자식 프로세스 종료 대기
clone()스레드 생성 (공유 범위 지정 가능)
getpid()현재 프로세스 PID 조회
kill()프로세스에 시그널 전송
 
// Java 예시: 외부 프로세스 실행
Process p = Runtime.getRuntime().exec("ls -al");
int exitCode = p.waitFor();  // 자식 종료 대기

내부 시스템 콜:
fork()                → 자식 프로세스 생성
execve("/bin/ls", ...) → ls 프로그램으로 교체
wait4()               → 부모가 자식 종료 대기
exit()                → 자식 프로세스 종료

┌────────────┐  fork()   ┌────────────┐  execve()  ┌──────────┐
│  부모(JVM)  │ ───────→ │  자식(JVM)  │ ────────→ │  ls -al  │
└─────┬──────┘          └────────────┘           └────┬─────┘
      │ wait4()                                       │ exit()
      ▼                                               ▼
 자식 종료 감지                                    프로세스 종료

2. 파일 관리

파일의 생성·읽기·쓰기·삭제·속성 변경 등을 처리합니다.

시스템 콜설명
open()파일 열기, 파일 디스크립터 반환
read()파일에서 데이터 읽기
write()파일에 데이터 쓰기
close()파일 디스크립터 닫기
lseek()파일 내 읽기/쓰기 위치 이동
stat()파일 메타 정보 조회 (크기, 권한 등)
unlink()파일 삭제
rename()파일 이름 변경
mkdir() / rmdir()디렉토리 생성 / 삭제
 
// Java 예시: 파일 읽기/쓰기
FileInputStream fis = new FileInputStream("input.txt");   // open()
byte[] buf = new byte[1024];
int n = fis.read(buf);                                    // read()
fis.close();                                              // close()

FileOutputStream fos = new FileOutputStream("output.txt"); // open()
fos.write("hello".getBytes());                             // write()
fos.close();                                               // close()

파일 디스크립터 테이블:
┌────┬──────────────┐
│ fd │ 파일          │
├────┼──────────────┤
│ 0  │ stdin        │ (표준 입력)
│ 1  │ stdout       │ (표준 출력)
│ 2  │ stderr       │ (표준 에러)
│ 3  │ input.txt    │ ← open()으로 생성
│ 4  │ output.txt   │ ← open()으로 생성
└────┴──────────────┘

3. 장치 관리

하드웨어 장치를 파일처럼 다루며, 장치별 세부 제어를 수행합니다.

시스템 콜설명
ioctl()장치별 고유 제어 명령 (범용)
read() / write()장치에서 데이터 읽기/쓰기
mknod()장치 파일(디바이스 노드) 생성
 
Linux에서는 장치도 파일로 취급 ("Everything is a File")

/dev/sda    → 하드디스크
/dev/tty    → 터미널
/dev/null   → 블랙홀 (쓰면 버려짐)
/dev/random → 랜덤 데이터

사용 예:
open("/dev/sda", O_RDONLY)   → 디스크를 파일처럼 열기
read(fd, buf, 512)           → 디스크 섹터 읽기
ioctl(fd, HDIO_GET_IDENTITY) → 디스크 모델명 등 하드웨어 정보 조회

// Java 예시: 시리얼 포트 통신 (장치 관리)
// Linux에서 /dev/ttyUSB0 장치 파일을 열어 통신
FileInputStream serial = new FileInputStream("/dev/ttyUSB0");  // open()
int data = serial.read();   // read() → 장치에서 데이터 수신
serial.close();              // close()

4. 정보 유지

시스템이나 프로세스의 정보를 조회하거나 설정합니다.

시스템 콜설명
getpid() / getppid()현재/부모 프로세스 PID 조회
getuid() / getgid()사용자/그룹 ID 조회
time() / clock_gettime()현재 시간 조회
gettimeofday()마이크로초 단위 시간 조회
uname()OS 이름, 버전, 아키텍처 조회
sysinfo()메모리 사용량, 프로세스 수 등 조회
 
// Java 예시
long pid = ProcessHandle.current().pid();   // getpid()
long now = System.currentTimeMillis();      // clock_gettime(CLOCK_REALTIME)
long nano = System.nanoTime();              // clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)
String os = System.getProperty("os.name");  // uname()

clock_gettime 시스템 콜의 두 가지 시계:

CLOCK_REALTIME   → 실제 시간 (1970년 기준 경과 시간)
                    시스템 시간 변경에 영향 받음
                    → System.currentTimeMillis()

CLOCK_MONOTONIC  → 단조 증가 시간 (부팅 이후 경과)
                    시스템 시간 변경에 영향 안 받음
                    → System.nanoTime()

5. 통신

프로세스 간 데이터를 교환하는 IPC(Inter-Process Communication) 기능을 제공합니다.

시스템 콜방식설명
pipe()파이프부모-자식 간 단방향 통신
socket() / bind() / listen() / accept()소켓네트워크 또는 로컬 프로세스 간 통신
connect() / send() / recv()소켓클라이언트 측 연결·송수신
shmget() / shmat()공유 메모리메모리 영역을 프로세스 간 공유
msgget() / msgsnd() / msgrcv()메시지 큐메시지 단위로 데이터 교환
semget() / semop()세마포어프로세스 간 동기화
 
// Java 예시: 소켓 통신

// 서버
ServerSocket server = new ServerSocket(8080);  // socket() + bind() + listen()
Socket client = server.accept();               // accept()
InputStream in = client.getInputStream();
int data = in.read();                          // recv()

// 클라이언트
Socket socket = new Socket("localhost", 8080); // socket() + connect()
OutputStream out = socket.getOutputStream();
out.write(65);                                 // send()

IPC 방식 비교:

┌────────────┬──────────────┬──────────────┬──────────────┐
│            │   파이프      │   소켓        │  공유 메모리   │
├────────────┼──────────────┼──────────────┼──────────────┤
│ 통신 범위   │ 같은 호스트    │ 네트워크 가능  │ 같은 호스트   │
│ 방향       │ 단방향        │ 양방향        │ 양방향        │
│ 속도       │ 중간          │ 중간          │ 가장 빠름     │
│ 동기화     │ 자동 (블로킹)  │ 자동 (블로킹)  │ 직접 구현 필요 │
│ 관계 제한   │ 부모-자식      │ 제한 없음     │ 제한 없음     │
└────────────┴──────────────┴──────────────┴──────────────┘

6. 메모리 관리

가상 메모리 할당·해제·매핑을 담당합니다.

시스템 콜설명
brk() / sbrk()힙 영역 끝 주소 확장/축소 (소규모 할당)
mmap()가상 메모리 영역 매핑 (대규모 할당, 파일 매핑)
munmap()mmap으로 매핑한 영역 해제
mprotect()메모리 영역 권한 변경 (R/W/X)
mlock()페이지를 물리 메모리에 고정 (스왑 방지)
 
// Java 예시

// 1. 일반 객체 할당 → JVM이 내부적으로 brk() 또는 mmap() 호출
Object obj = new Object();

// 2. 대규모 메모리 → mmap()
byte[] huge = new byte[100 * 1024 * 1024]; // 100MB

// 3. 메모리 매핑 파일 → mmap()
FileChannel fc = FileChannel.open(Path.of("data.bin"));
MappedByteBuffer mbb = fc.map(FileChannel.MapMode.READ_ONLY, 0, fc.size());

brk() vs mmap():

[brk()]
힙 영역의 끝 주소를 이동하여 확장
  ┌──────────┬──────────┬─────────┐
  │  코드     │  데이터   │   힙 →→  │
  └──────────┴──────────┴────┬────┘
                             │
                         brk 포인터 이동

[mmap()]
가상 주소 공간의 빈 영역에 새로운 매핑 생성
  ┌──────┬──────┬──────┬────────┬───────┐
  │ 코드  │ 데이터 │  힙  │ mmap() │ 스택   │
  └──────┴──────┴──────┴────────┴───────┘
                        ↑ 새로 매핑된 영역

일반적으로:
  소규모 할당 (< 128KB) → brk()
  대규모 할당 (≥ 128KB) → mmap()

6가지 유형의 관계

사용자 프로세스가 커널에 요청하는 모든 것

┌─────────────────────────────────────────────────────┐
│                    시스템 콜                          │
├──────────┬──────────┬──────────┬──────────┬─────────┤
│ 프로세스  │ 파일     │ 장치     │ 정보 유지 │  통신    │
│ 제어     │ 관리     │ 관리     │          │         │
│          │         │          │          │         │
│ fork()   │ open()  │ ioctl()  │ getpid() │ pipe()  │
│ exec()   │ read()  │ read()   │ time()   │ socket()│
│ exit()   │ write() │ write()  │ uname()  │ shmget()│
│ wait()   │ close() │          │          │         │
├──────────┴──────────┴──────────┴──────────┴─────────┤
│                    메모리 관리                        │
│            mmap() / brk() / munmap()                │
└─────────────────────────────────────────────────────┘

CSLOG에서 보기