프로세스
프로세스는 실행중인 프로그램을 말한다.
프로세스의 문맥 (현재 상태)
- CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
- Program Counter
- 각종 register
- 프로세스의 주소 공간 (code, data, stack)
- 프로세스의 커널의 주소 공간
- PCB : 프로세스 커널의 data 영역에서 저장
- Kernel stack : 해당 프로세스에서 호출한 커널 함수 stack
프로세스의 상태
- Running : CPU에서 실행되고 있는 상태
- Ready : CPU를 사용하기 위해 대기하고 있는 상태
- Blocked(wait, sleep)
- CPU를 주어도 당장 수행할 수 없는 상태
- Process 자신이 요청한 event(I/O)가 아직 만족되지 않아 기다리는 상태
- 자신이 요청한 event가 만족되면 ready로 변경
- Suspended(stopped)
- 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
- 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다
- ex. 사용자가 프로그램을 일시 정지시킨 경우, 메모리에 너무 많은 프로세스가 올라와있을 때 프로세스를 잠시 중단시킴
- 외부에서 resume해 주어야 ready
PCB
운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보 자료구조
- OS가 관리상 사용하는 정보
- 프로세스 상태
- 프로세스 ID
- 스케쥴링 정보
- 스케쥴 우선순위
- CPU 수행 관련 하드웨어 값
- Program Counter
- registers
- 메모리 관련
- code, data, stack 위치 정보
- 파일 관련
- open file descriptor (사용하고 있는 파일들은 어떤 것들이 있는지)
문맥 교환(Context Switch)
- CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정
- 사용자 프로세스에서 사용자 프로세스로 넘어갈때를 문맥 교환이라고 한다.
- 사용자 프로세스에서 운영체제, 또는 커널 모드로 넘어가는 것은 문맥 교환이 아니다.
- 위 두 경우 모두 PCB 저장이 일어나지만 문맥 교환시 캐시 메모리 플러시가 발생하는데 이때 오버헤드가 크다.
- CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행한다.
- CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 PCB에 저장
- CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB 에서 읽어옴
프로세스 스케줄링 큐
- Job queue : 현재 시스템 내 모든 프로세스 집합
- Ready queue: 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합
- Device queue: I/O device의 처리를 기다리는 프로세스 집합
스케줄러
운영체제에서 스케줄링을 실행하는 코드
장기 스케줄러
- 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정
- CPU의 multiprogramming을 제어
- 프로세스에 memory를 주는 문제
- 시분할 시스템에는 보통 장기 스케줄러가 없다(무조건 ready)
단기 스케줄러
- 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬지를 결정
- 프로세스에 CPU를 주는 문제
- 충분히 빨라야함
중기 스케줄러
- 장기 스케줄러가 없으면 너무 많은 multiprogramming이 발생할 수 있기 때문에 이를 제어하는 역할 (CPU의 multiprogramming을 제어)
- 여유공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
- 프로세스에서 memory를 뺏는 문제
스레드
스레드는 CPU의 수행단위를 의미한다.
- 스레드는 하나의 프로세스에서 다른 데이터들은 모두 공유하되 program counter, registers, 그리고 stack만 각각 갖는다.
- 스레드는 code, data, OS 자원 등은 다른 스레드들과 공유한다.
- 다중 스레드로 구성된 태스크는 하나의 스레드가 blocked 상태인 경우에도 동일한 태스크의 다른 스레드가 실행되어 빠른 처리를 할 수 있다.
- 동일한 일을 수행하는 다중 스레드가 협력해 높은 처리율과 성능 향상을 얻을 수 있다.
- 스레드를 사용하면 병렬성을 높일 수 있다.
스레드의 장점
- 빠른 응답
- 자원 공유
- 프로세스 생성과 Context Switching에 비해 가볍고 오버헤드가 적다.
- multi processor 형태에서 병렬 처리가 가능해진다.
스레드 종류
- 커널 스레드 : 운영체제가 스레드의 존재를 인지하고 스케줄링한다.
- 유저 스레드 : 운영체제는 스레드의 존재를 인지할 수 없고 프로그램 코드 단에서만 구현되어있다.
프로세스 생성
fork
- 부모 프로세스가 자식 프로세스를 생성하기 위해선 fork를 사용해 운영체제에 프로세스 생성을 요청한다.
- 자식은 부모 공간을 그대로 복사하기 때문에 부모 프로세스에서 복사된 그 시점부터 실행한다. (Program counter도 복사하기 때문)
exec, wait
- 만약 새로운 프로세스를 생성하고 싶다면 exec 시스템 콜을 이용해 fork한 프로세스에 새로운 프로그램을 올릴 수 있다.
- wait은 자식 프로세스가 종료될 때까지 부모 프로세스를 sleep 시킨다.(blocked) 자식 프로세스가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다.(ready)
프로세스 종료
exit
- 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체에제 exit 시스템 콜을 발생시킨다.
- 이때 자식 프로세스의 종료 사실은 부모 프로세스에 전달된다.
abort
- 부모 프로세스가 자식의 수행을 강제로 종료시키는 것을 말한다.
- 자식이 할당자원의 한계치를 넘어섰을 경우, 자식에게 할당된 태스크가 더이상 필요하지 않을 경우
- 부모가 종료되는 경우에는 운영체제는 부모 프로세스를 종료하기 전 자식 프로세스들 부터 먼저 종료시킨다.
프로세스간 협력
- 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못한다.
- 프로세스간 협력을 위해선 IPC를 이용할 수 있다.
IPC (Interprocess Communication)
- Message passing
- Direct Communication: 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시하여 데이터를 전송, 수신
- Indirect Communication: mailbox 또는 port를 통해 데이터를 간접 전달. 수신 프로세스를 특정하지 않기 떄문에 협력하는 프로세스들 중 누군가가 데이터를 수신한다.
- Shared memory
- 서로 다른 프로세스간에도 일부 주소 공간을 공유해서 사용하는 방법
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