Process란?

정의

실행 중인 프로그램

특징

• OS에서 작업의 단위

• 독립된 메모리 공간을 할당 받음

• 명령어와 데이터를 가짐

• 작업을 완수하기 위해 특정 자원이 필요
• CPU 시간
• 메모리
• 파일
• I/O 장치

프로세스의 문맥(Context)

• CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
• Program Counter
• 각종 Register

• 프로세스의 주소 공간
• code, data, stack

• 프로세스 관련 커널 자료 구조
• PCB(Process Control Block)
• Kernel Stack

프로세스의 상태(Process State)

프로세스는 상태가 변경되며 수행된다.

• New
• 프로세스 생성

• Ready
• 메모리 등 다른 조건을 모두 만족하고 CPU를 기다리는 상태

• Running
• CPU를 점유하고 instruction을 수행하는 상태

• Waiting(Blocked)
• CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
• 자신이 요청한 event(ex. I/O)가 즉시 만족되지 않아 기다리는 상태
• 자신이 요청한 event의 I/O 완료나 신호가 수신되면, Ready

• Suspended(Stopped)
• 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
• 프로세스는 Mid-term Scheduler에 의해 통째로 디스크에 swap out 된다.
• 외부에서 resume 해주면 Active

• Terminated
• 프로세스의 수행이 끝난 상태

프로세스의 메모리 구조

• Text section
• 명령어

• Data section
• 전역 변수

• Heap section
• 프로그램 런타임 중 동적으로 할당된 메모리

• Stack section
• 함수 호출시 임시 데이터 저장
• 함수 매개변수, 반환 주소, 지역 변수

PCB: Process Control Block

OS가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보

• 특정 프로세스와 연관된 많은 정보를 담고 있음(구조체로 유지)
• OS가 관리상 사용하는 정보
• Process state, Process ID
• Scheduling information, Priority
• CPU 수행 관련 하드웨어 값
• Program counter
• CPU registers
• 메모리 관련
• code, data, stack의 위치 정보
• Memory management information
• Accounting information
• 파일 관련
• I/O status information

문맥 교환(Context Switch)

CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정

목적

동작

• CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 OS는 다음을 수행
• CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
• CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어옴

예시

• System Call이나 Interrupt 발생 시 반드시 Context Switch가 일어나는 것은 아님



• (1)의 경우, CPU 수행 정보 등 Context의 일부를 PCB에 save 해야하지만 Context Switch는 아님
• (2)의 경우, Context Switch로 그 부담이 훨씬 큼(eg. Cache Memory Flush)

Process Scheduling

• Multi-Programming의 목적
• 동시에 여러 프로세스를 실행시키기 위함
• CPU 활용을 극대화하기 위해

• 시분할의 목적
• 프로세스 사이에서 CPU 코어를 빠르게 switch하기 위함
• 유저는 각 프로그램을 동시에 상호 작용 가능

Scheduling Queues

Job Queue

Ready Queue

Device Queues

Queueing Diagram

• 프로세스가 시스템에 들어오면서
• CPU 코어에서 실행되기를 준비하고 기다리는 Ready Queue에 들어간다.

• 특정 이벤트가 발생하길 기다리는 프로세스는
• Wait Queue에 위치한다.

• Queue는 linked list로 구현됨

프로세스의 작동

실행의 두가지 경우

• 부모가 자식과 동시에 실행

• 부모가 자식이 종료 시까지 기다림

주소 공간의 두가지 경우

• 자식이 부모의 복제

• 자식이 새 프로그램을 가짐

프로세스 생성

• UNIX-like OS
• 새 프로세스는 fork() 시스템 콜에 의해 생성됨
• 자식 프로세스는 부모 프로세스의 주소 공간 복사로 이루어져있음
• 부모 프로세스는 실행을 이어감
• 할게 없으면
• 자식이 실행하는 동안 wait()을 할 수 있음
• ready queue에서 wait queue로 이동해서 자식의 끝을 기다림
• 차이점
• fork()시
• 0이 아닌 pid면 부모 프로세스
• return이 0이면 자식 프로세스

프로세스 종료

• 마지막 명령을 실행할 때

• exit() system call
• OS에게 삭제하라고 요청

• OS가 자원을 해제, 회수

좀비와 고아

• 좀비 프로세스
• 부모가 자식을 신경 안쓴다.
• 부모가 wait()를 아직 호출하지 않은 경우

• 고아 프로세스
• 부모가 먼저 죽었다.
• 부모가 wait()를 호출하지 않고 종료한 경우

Process와 Thread

Process

프로세스는 single thread를 실행하는 프로그램

• single thread control은 프로세스가 한번에 한 작업만 수행할 수 있음

• 현대 OS는 확장된 process 개념을 갖고 있음
• 프로세스가 multiple threads를 가질 수 있도록 함
• 그래서 한번에 여러 작업 수행

Thread

장점

단점

단점 극복 방법

예시

비교군과의 차이