개요
- 프로세스란 메모리 상에 실행되고 있는 프로그램
- 프로그램 - 작업을 위해 실행할 수 있는 파일
| 상태 |
내용 |
| 프로그램 |
* 실행가능한 코드
* 일반적으로 파일로서 디스크에 저장 |
| 프로세스 |
* 메모리에 할당되어 실행 중인 프로그램 |
- Process State
- 할당된 메모리, 레지스터에서 사용 중, 실행 기간 등의 정보
- State는 한번에 하나의 State로 정의
- new, readay, running, suspended, blocked, terminated
| State |
내용 |
| New (Created) |
프로세스 실행 (생성) |
| Running |
CPU 및 다른 자원들을 이용해 실행 |
| Blocked |
프로세스가 타 이벤트 혹은 I/O로 인하여 정지되어 있음 |
| Ready |
프로세스가 Ready queue에 있고 CPU가 할당될 때까지 기다리는 중 |
| Terminated |
프로세스가 일을 끝내서 종료되거나, 시스템 혹은 유저가 강제로 종료 |
- Thread - 서브 프로세스로서 한 개의 프로세스는 여러 개의 스레드를 가질 수 있음
- CPU Burst - 인터럽트가 없는 CPU 사이클 시간
- I/O Burst - I/O 작업이 완료되는 시간
프로세스 관리 Process Management
- 작업을 수행하기 위해
- CPU, Memory, I/O, files Initialization Data 등의 자원이 필요
- 프로세스를 파괴할 때 재사용 가능한 메모리 구역을 요청
- 싱글 스레드 프로세스는 하나의 프로그램 카운터를 보유
- 멀티 스레드 프로세스는 스레드 당 프로그램 카운터를 보유
- 프로그램 카운터 Program Counter (명령어 포인터)
- CPU 내부에 있는 레지스터 중의 하나
- 다음에 실행될 명령어의 주소를 가지고 있어 실행할 기계어 코드의 위치를 지정
Process Control Block (PCB)
- OS가 프로세스를 관리하기 위해 장보를 저장하는 곳
- 프로세스의 상태 정보를 저장
- 프로세스가 생성될 때 만들어지며, RAM에 유지
- 모든 프로세스는 C 구조체 타입의 정보를 담는 메모리를 가짐
- CPU, Disk 상에서 링크리스트 형태로 보존되며 큐로 표현됨
- PCB의 구조
| 구조 |
내용 |
| Process Id (PID) |
프로세스 고유번호 |
| Process State |
준비, 대기, 실행 등의 상태 |
| Program counter (명령어 포인터) |
프로세스가 다시 실행될 때 실행할 명령어 (복귀 지점) |
| CPU registers |
명령어 포인터를 포함하며, 추후에 reload 하기 위해 저장 |
| Open files |
열린 파일 또는 I/O는 PCB에 기록 |
| Scheduling info |
우선순위, 시간, etc. |
Context Switch
- OS가 인터럽트 요청을 받고 진행중이던 프로세스를 변경
- I/O request (입출력 요청할 때)
- time slice expired (CPU 사용시간이 만료 되었을 때)
- fork a child (자식 프로세스를 만들 때)
- wait for an interrupt (인터럽트 처리를 기다릴 때)
- 라운드로빈 스케줄링에서 OS는 주기적으로 프로세스를 스위치해야함
- 과정
- 프로세스 정보는 PCB로부터 읽어옴
- 타이머를 초기화
- 프로세스를 실행(혹은 재실행)
- 타이머가 끝나기 전 프로세스가 종료되면
- 스케줄링 리스트에서 해당 PCB를 삭제
- 아니면 타이머가 끝나고 난 뒤 현재 현재 프로세스의 정보를 PCB에 저장
- 리스트에 있는 다음 프로세스로 스위치
- 위 과정을 반복
- Context Switching 때 해당 CPU는 아무런 일을 하지 못 함
- 컨텍스트 스위칭이 잦아지면 오버헤드가 발생해 효율(성능)이 저하
프로세스 생성
- 새 프로그램을 실행
- unique process ID (PID) 할당
- 프로세스의 우선순위 할당
- PCB 생성
- 디스크에서 프로그램을 메모리로 로드해옴
- 프로세스가 스케줄 리스트에 입력
- 기존 실행 중인 프로세스가 새 프로세스를 실행 가능
- Parent: existing process
- Child: created process
- fork 펑션을 이용해 Child process를 생성
- return value가 0이면 child
- PID면 parent
- child는 항상 exit function을 사용해서 종료
- parent는 일반적으로 child가 종료될 때까지 wait
프로세스 종료
- 프로세스가 종료될 때, 사용 중이던 자원을 OS에 return 해야 함
- 물리 및 가상 메모리 반환
- 열린 파일들 종료
- I/O buffers 해제
- OS에 의해 기타 모든 자원들을 해제
- 프로세스의 종료 방법은 voluntary 아니면 involuntary.
- Normal exit (voluntary)
- 프로세스가 마지막 단계에 이르러 실행을 종료하게 되면 OS에 확정을 받음
- Error exit (voluntary)
- 프로세스가 강제 종료를 요구하는 fatal error를 발견
- Killed by another process (involuntary)
- 프로그램 자체의 버그로 인하여 종료
- 프로세스가 할당받은 메모리를 초과
- 프로세스가 비정상적인 실행을 시도
- 프로세스가 존재하지 않는, 또는 비정상적인 메모리를 참조
- 0으로 나눔
- (일반적으로 부모)프로세스가 다른 프로세스를 종료
- 해당 프로세스가 더 이상 필요하지 않을 때
- 다른 프로세스가 종료되고, OS가 종료된 프로세스 없이 기존 프로세스의 실행을 허락하지 않을 때
- OS가 종료되어 실행중인 모든 프로세스를 종료
Interprocess Communication (IPC)
- 프로세스들 사이에 서로 데이터를 주고받는 행위 또는 그에 대한 방법이나 경로
- Shared memory 공유 메모리
- 메모리 중 common block에 접근할 수 있음
- 공유 메모리에 읽고 쓰기가 가능
- 빠르지만 synchronization 이슈가 있음
- Message passing
- 커널을 통한 프로세스 간의 정보 이동
- 메시지 프로토콜 필요
- 안정적이지만 느림
- POSIX pipes
- 두 프로세스가 읽고 쓰는 펑션을 이용해 커뮤니케이션 가능
프로세스 vs. 쓰레드
- 프로세스
- 실행되고 있는 한 개의 프로그램
- CPU는 프로세스를 실행하기 위해 적절한 양의 자원을 할당하고, 운영체제의 성능에 좌우
- 쓰레드
- 프로세스 내부에서 자원을 할당받아 실행되는 독립적인 작업 단위
- 스레드는 각자의 스택 메모리 영역을 가짐
- 동일한 프로세스 내의 다른 스레드들과 전역 메모리를 공유
- CPU로부터 새로운 자원을 할당받지 않아도 되기 때문에 프로세스보다 실행 속도가 빠름
출처
