3. Process (1)
✨ 프로세스의 개념
프로세스는 실행 중인 프로그램을 의미한다. (Process is a program in execution)
- 프로그램이 정확하게 언제 시작하고 종료하는지를 나타내기 위해 사용
- 프로세스의 문맥(context)
- 현재 프로세스의 상태를 나타내는 모든 요소
- CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
- Program Counter
- CPU안에서 어떤 프로세스인지 구분해 줌
- 프로세스 code의 진행 위치를 알려줌
- 각종 register
- Program Counter
- 프로세스의 주소공간
- code, data, stack
- 프로세스 관련 커널 자료구조
- PCB (Process Control Block)
- Kernel stack
- CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
- 프로세스의 문맥이 필요한 이유
- 타임 쉐어링 때문에 다시 작업을 이어서 하려고 할 때 문맥을 알아놔야 이어서 할 수 있음
- 현재 프로세스의 상태를 나타내는 모든 요소
✨ 프로세스의 상태(Process State)
- 프로세스는 상태가 변경되면서 수행된다.
- Running
- CPU를 잡고 Instruction을 수행 중인 상태
- Ready
- CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른 조건을 모두 만족한 상태)
- 프로그램 메모리 전체를 물리적인 메모리에 다 올려두지 않음 ⇒ 다 같이 써야 하기 때문에 낭비
- 프로그램 메모리에서 필요한 부분만 물리적인 메모리에 올려둠 ⇒ 이 상태
- Blocked (wait, sleep => 오래 걸리는 작업)
- CPU를 주어도 당장 Instruction을 수행할 수 없는 상태
- 물리적인 메모리에 올라가 있지 않은 상태
- 오래 걸리는 작업을 기다리고 있는 상태
- 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready로 상태가 변경됨.
- New
- 프로세스가 생성 중인 상태
- Terminated
- 수행(execution)이 끝난 상태
- Suspended(Stopped) : 중기 스케쥴러로 인해 발생한 상태 (다 뺏기고 쫓겨남)
- CPU에서 뿐만 아니라 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
- 프로세스는 통째로 디스크에서 swap out 된다
- 외부에서 다시 실행해 주어야 Active 상태로 변경됨
✨ 프로세스 상태도
- 위 사진은 사용자 프로그램 중심으로 진행되는 사진
- CPU는 여러 프로세스가 공유하기 때문에 계속 Ready Queue에서 Process가 대기하고 있다가 점유하는 방식으로 작동함.
- Disk 또한 Disk I/O Queue에 들어있는 Process를 DIsk Controller의 지휘 아래 순차적으로 처리하게 된다.
- Interrupt가 걸려 CPU가 OS에게 넘어가게 되면, OS는 프로세스 상태변경(문맥교환)을 진행한다.
✨ Process Control Block(PCB)
- 운영체제가 각 프로세스를 관리 및 제어하기 위해 프로세스 당 유지하는 상태 정보를 저장해 놓은 자료구조
- 프로세스가 진행됨에 따라 PCB는 변경되기도 하며, 프로세스가 종료되면 PCB도 사라지는 것이 특징이다.
- 운영체제가 PCB에 빠르게 접근하기 위해 Process Table을 사용하며, PID를 통해 원하는 PCB 위치에 쉽게 접근할 수 있다.
- 다음의 구성 요소를 구조체로 가진다.
- OS가 관리상 사용하는 정보
- Pointer (프로세스의 현재 위치)
- Process State (생성, 준비, 실행, 대기, 종료의 프로세스의 상태)
- Process number (PID, 프로세스를 식별하기 위한 고유한 ID)
- Scheduling Information, priority
- CPU 수행 관련 하드웨어 값
- Program counter (실행될 다음 명령어의 주소)
- registers (CPU 레지스터 Information)
- 메모리 관련 (Memory limits)
- Code, data, stack 등의 운영체제 메모리 관리 및 위치 정보를 포함하며, 페이지 및 세그먼트 테이블 등을 저장
- 파일 관련 (list of open files)
- Open file descriptors (프로세스 실행을 위해 열린 파일 목록)
- 그 외 리소스 관련 정보들
- OS가 관리상 사용하는 정보
✨ 문맥교환(Context Switch)
- CPU를 비롯한 자원을 이미 프로세스가 사용 중인 상태에서 다른 프로세스가 자원을 사용해야 할 경우에 프로세스의 상태(문맥 / Context)를 보관하고 새로운 프로세스의 상태를 적재하는 것을 말함 (= CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정 => 뺏기던 시점에 문맥을 기억했다가 이어서 작업한다)
- CPU가 다른 프로세스에서 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행
- CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
- CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어 Register에 적재함.
- System call이나 Interrupt 발생 시 반드시 context switch가 일어나는 것은 아님.
- 시스템콜, 인터럽트 ⇒ 문맥교환 X
- 다음 프로세스로 넘기는 게 아니라 운영체제로 제어권이 넘어갔다가 다시 돌아오기 때문
- 타입 인터럽트, I/O 요청 시스템콜 ⇒ 문맥교환 O
- 다음 준비상태 프로세스로 넘어감
- 사용자 프로세스 A ⇒ 사용자 프로세스 B
=> <1>의 경우에도 CPU 수행 정보 등 context의 일부를 PCB에 save 해야 하지만, 문맥교환을 해야 하는 <2>의 경우 훨씬 그 부담이 큼. (ex. cache memory flush)
✨ 프로세스를 스케줄링하기 위한 큐
- Job Queue
- 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합
- Ready Queue, Device Queue가 모두 Job Queue 내에 포함되어 있음.
- Ready Queue
- 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합
- Device Queue
- I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합
프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행된다.
✨ Ready Queue와 다양한 Device Queue
✨ 스케줄러(Scheduler)
- Long-term scheduler (Job scheduler or 장기 스케쥴러)
- 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정
- 프로세스에 memory 및 각종 자원을 주는 문제를 다루는 스케쥴러
- degree of Multiprogramming(메모리에 프로그램이 몇 개 올라가 있는가?)을 제어
- time sharing system에는 보통 장기 스케쥴러가 존재하지 않음. (무조건 ready 상태)
- Short-term scheduler (CPU scheduler or 단기 스케쥴러)
- 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬지 결정
- 프로세스에 CPU를 주는 문제
- 짧은 시간 단위로 스케쥴러가 이루어짐. 그러므로 충분히 빨라야 함 (millisecond 단위)
- Medium-term scheduler (Swapper or 중기 스케쥴러)
- 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
- 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
- 중기 스케쥴러가 CPU 사용에서는 효율적 역할을 수행함.
- degree of Multiprogramming(메모리에 프로그램이 몇 개 올라가 있는가?)을 제어
보통 프로그램들을 실행하면 바로 메모리에 올려둠Ready
- 하지만 너무 많으면 비효율적
- 중기스케줄러가 여유 공간 마련을 위해 메모리에서 디스크로 쫓아내 버림
- 중기스케줄러 때문에 프로세스 상태에서 Suspended(stopped)가 생김
- Reference
http://www.kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1046323
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