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운영체제 - 반효경 3강

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By sunjong0214 9 min read

프로세스의 개념

  • 프로세스란 실행 중인 프로그램을 뜻함

  • 프로세스의 문맥(Context) : 특정 시점을 봤을 때 해당 프로세스가 어떤 상태인지 나타내는 것

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    • CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥 : Program Counter, registers
    • 프로세스의 주소 공간 : code, data, stack
    • 프로세스 관련 커널 자료 구조 : PCB, Kernel stack

프로세스의 상태

  • 프로세스는 상태가 변경되며 수행됨
  • Running : CPU를 잡고 instruction을 수행 중인 상태
  • Ready : CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른 조건을 모두 만족해 CPU만 있으면 바로 실행 가능한 상태)

  • Blocked(wait, sleep) : CPU가 있어도 instruction을 수행하지 못하는 상태, process 자신이 요청한 event(I/O)가 만족되지 않아 기다리는 상태

  • 위 그림과 같이 프로세스들이 queue를 통해 관리된다.

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  • 위의 그림과 같이 각 queue들은 운영체제 커널 영역 자료구조로 존재하며 관리하게 된다.

Process Control Block(PCB)

  • 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보

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  • 구성요소

    • OS가 관리상 사용하는 정보 : Process state, Process Id, scheduling information, priority
    • CPU 수행 관련 하드웨어 값 : Program counter, registers
    • 메모리 관련 : Code, data, stack
    • 파일 관련 : Open file descriptors..

문맥 교환 (Context Switch)

  • CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정

  • CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 다음의 과정을 거친다.

    • CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
    • CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽기

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  • context switch의 오해

    • System call이나 interrupt 발생시 반드시 context switch가 일어나는 것은 아님.
    • Process A -> Kernel -> Process A : context switch X
    • Process A -> Kernel -> Process B : context switch O

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    • 1번의 경우는 context switch가 일어나는 것이 아님. context를 일부 save하긴 하지만 실제 문맥교환보다는 오버헤드가 적음
    • 2번의 경우 새로운 프로세스가 실행되어야 하기 때문에 cache memory를 flush하는 등 오버헤드가 크다.

스케줄러 (Scheduler)

  • 장기 스케줄러(Long-term scheduler)
    • 시작 프로세스 중 어떤 것을 ready queue로 보낼지 결정
    • 프로세스를 memory에 올릴지 말지를 결정
    • degree of Mtultiprogramming 제어
    • time sharing system은 보통 장기 스케줄러가 없음(무조건 메모리에 올림)
  • 단기 스케줄러(Short-term scheduler or CPU scheduler) : 다음번에 어떤 프로세스에게 CPU를 줄지(running) 결정
  • 중기 스케줄러(Medium-term scheduler)
    • 메모리에 너무 많은 프로세스가 올라가 있으면 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
    • degree of Multiprogramming 제어

  • degree of Multiprogramming : 메모리에 너무 많은 프로세스나 너무 적은 프로세스, 두 상황 모두 성능에 안 좋음. 그렇기 때문에 메모리에 몇개의 프로세스를 올릴지 제어하는 것

  • 중기 스케줄러의 등장으로 프로세스의 상태에 Suspended(stopped)가 추가됨

  • 현대에선 워낙 메모리 관리 기술이 발전해 단기 스케줄러가 중점적으로 사용된다

프로세스 상태 (중기 스케줄러 이후)

  • Suspended(stopped)
    • 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
    • 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 됨
    • 사용자가 프로그램을 일시 정지시킨 경우, 시스템이 여러 이유로 프로세스를 잠시 중단 시킨 경우(메모리 문제 등)
  • Blocked VS Suspended
    • Blocked : 자신이 요청한 event가 만족되면 ready
    • Suspended : 외부에서 resume 해줘야 Active

  • 프로세스 상태도

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    • 여기서 주의할 점은 Running이 두가지 모드로 나뉘어졌다는 것이다.
    • 프로세스 A가 실행 중에 인터럽트가 들어와 커널 코드를 실행 중이라고 해도 프로세스 A가 실행 중이라고 간주한다. 커널 코드를 실행 중이라고 운영체제가 실행 중이다라고 하지 않는다.
    • 점선 아래는 Suspended 상태 inactive를 뜻한다. 외부에서 resume을 해줘야 Active 상태로 복귀할 수 있다.
    • 또 비록 프로세스 A가 I/O 요청을 하고 Blocked 상태 중에 Suspended 상태가 되었다고 해서 I/O 요청도 같이 inactive 되는 것이 아니다.
    • 기본적으로 Suspended는 메모리에서 swap out되는 것이지 I/O와는 상관없이 없어 I/O 작업은 계속 이어진다. 완료 시 Blocked -> Ready가 된다.

Thread

  • 프로세스 내부에 CPU 수행 단위가 여러개 있는 경우 그것을 Thread라 부름

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    • 같은 일을 하는 프로세스를 여러개 사용하고 싶을 때 똑같은 프로세스를 여러개 실행하면 메모리가 낭비된다.

    • 그걸 해결하기 위해 하나의 프로세스를 띄우고 여러개 쓰레드를 만들어 쓰레드가 메모리에 올라간 하나의 주소공간에서 서로 다른 부분의 code를 실행할 수 있게 만들어 메모리를 절약할 수 있다.

    • 공유할 수 있는 부분(주소공간 등)은 최대한 공유하고 CPU에 관련된 부분(Stack 등)만 나눠서 사용한다.

    • 결국 하나의 프로세스에 CPU 실행 단위만 여러개 두고 있는 것을 Thread라 부른다.

  • Thread 구성

    • program counter
    • register set
    • stack space

  • Thread가 동료 Thread와 공유하는 부분(=task)

    • code section
    • data section
    • OS resources

  • Thread 장점

    • 응답성(Responsiveness) : 다중 스레드로 구성된 태스크 구조에서는 하나의 서버 스레드가 blocked 상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 스레드가 실행되어 빠른 처리 가능
    • 자원 공유(Resource Sharing) : 공유할 수 있는 자원들을 공유해 자원 절약
    • 경제성(Economy) : 프로세스를 하나 만드는 것은 오버헤드가 상당히 큼. 그에 비해 Thread를 하나 추가하는 작업은 오버헤드가 크지 않음
    • 병렬성 : 멀티 CPU 환경에서 스레드를 사용하면 병렬성을 높을 수 있음

출처)

[운영체제 - 이화여자대학교KOCW 공개 강의](http://www.kocw.net/home/cview.do?cid=3646706b4347ef09)
CS, OS
cs os
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