[운영체제]5장 - 프로세스 관리

프로세스 :  실행 중인 프로그램

 

프로세스의 문맥(context) : 프로세스가 현재 어떤 상태에서 수행되고 있는지 정확히 규명하기 위해 필요한 정보.

• CPU의 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
  • Program Counter
  • 각종 register
• 프로세스의 주소 공간
  • code, data, stack
• 프로세스 관련 커널 자료 구조
  • PCB
  • Kernel stack

 

프로세스의 상태

• 실행(running)
  • CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태
• 준비(ready)
  • CPU만 보유하면 당장 명령을 실행할 수 있는 상태(메모리 등 다른 조근을 모두 만족하고 있음)
• 봉쇄(blocked, wait, sleep) 
  • CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
  • 프로세스가 요청한 입출력 작업이 진행중인 경우
• 중지(suspended, stopped)
  • 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태 (대표적인 예 : 중기스케줄러의 스왑 아웃)
  • 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다

Blocked : 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready
Suspended : 외부에서 resume해 주어야 Active

 

문맥 교환(Context Switch)

• cpu를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정
• cpu가 다른 프로게스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음의 과정을 수행
  • cpu를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
  • cpu를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어옴
• System call이나 Interrupt 발생시 반드시 context swich가 일어나는 것은 아님

kocw 반효경 교수님의 2014 운영체제

 

 

 CPU 디스패치

• 준비상태에 있는 프로세서들 중에서  CPU를 할당받을 프로세스를 선택한 후 실제로 CPU의 제어권을 넘겨받는 과정

 

프로세스 제어블록

• 운영체제가 프로세스들을 관리하기 위해 프로세스마다 유지하는 정보들을 담는 커널 내의 자료구조

프로세스를 스케줄링하기 위한 큐

• 작업큐 : 시스탬 내의 모든 프로세스를 관리하기 위한 큐
• 준비큐 : CPU만 얻으면 당장 실행될 수 있는 프로세스 집합
• 장치큐 : 특정 자원을 기다리는 프로세스들을 줄 세우기 위해 자원별로 두는 큐

 

스케줄러

• 장기 스케줄러(=작업 스케줄러)
  • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼 지 결정
  • 프로스세에 memory(및 각종 자원)을 주는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어
  • time sharing system은 보통 장기 스케줄러가 없음 (무조건 ready)
• 단기 스케줄러(=CPU 스케줄러)
  • 어떤 프로세스를 다음번에 running시킬 지 결정
  • 프로세스에게 cpu를 주는 문제
  • 충분히 빨라야 함(ms 단위)
• 중기 스케줄러 (=Swapper)
  • 여유 공간을 마련하기 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
  • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어

 

스레드(Thread)

• lightweight process
• 프로세스 하나에 cpu 수행단위가 여러개 있는 경우
• thread간 별도로 가지고 있는 부분
  • program counter
  • registers
  • stack
• thread간 공통으로 가지고 있는 부분 (=task)
  • code
  • data
  • OS resources
• 다중 스레드 구조 : 하나의 서버 스레드가 blocked상태인 동안, 다른 스레드가 실행(running)되어 빠른 처리 가능

프로세스 생성

• 운영체제를 통해서만 생성이 가능
• 부모 프로세스가 자식 프로세스를 복제해서 생성
  1. 자식은 부모프로세스의 주소공간을 복사.
  2. 그 공간에 새로운 프로그램을 올림.
• 유닉스의 예
  • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성
    • 부모를 그대로 복사
    • 주소 공간 할당 
  • exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림
• 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌(exit)
  • 자식이 부모에게 output data를 보냄(wait 시스템 콜을 통해)
• 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴 (abort)
  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어선 경우
  • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않은경우
  • 부모가 종료(exit)하는 경우

 

프로세스와 관련된 시스템 콜

• fork() : 자식을 생성 (copy)
• exec() : 새로운 프로그램을 덮어씌움
• wait() : 자식 프로세스가 종료되기를 기다리며 부모 프로세스가 sleep
• exit() : 종료

프로세스 간 협력

• 원칙적으론 하나의 프로세스가 다른 프로스세의 수행에 영향을 미치지 못함
• IPC ( Interprocess Communication)
  • 메시지 전달 (message passing) : 커널을 통해 메시지 전달
  • 공유메모리(shared memory) : 일부 주소 공간을 공유
    • 커널이 동기화를 책임지지 않는다!