Context Switching

Context Switching

컨텍스트 스위칭(Context Switching)이란 CPU나 코어에서 실행 중이던 프로세스/스레드가 다른 프로세스/스레드로 교체되는 것이다.

여기서 컨텍스트는 프로세스/스레드의 상태를 의미한다.(CPU/메모리 안에서의)

컨텍스트 스위칭은 여러 프로세스/스레드를 동시에 실행 시키기 위해 필요하다. 이러한 컨텍스트 스위칭은 언제 발생하는지 알아보자.

• 주어진 time slice(quantum)을 다 사용한 경우

• IO(입출력) 작업을 해야되는 경우
• 다른 리소스를 기다려야 하는 경우
• ….등등

컨텍스트 스위칭은 과연 누구에 의해 실행될까?

각종 리소스를 관리/감독하는 OS 커널(kernel)에 의해 실행된다.

Context Switching의 과정

컨텍스트 스위칭은 다른 프로세스끼리의 스위칭인지 혹은 같은 프로세스의 스레드들끼리 스위칭인지에 따라 나뉜다.

위 둘의 공통점은 다음과 같다.

• 커널 모드에서 실행
• CPU의 레지스터 상태를 교체

차이점도 알아보자.

프로세스 컨텍스트 스위칭은 가상(virtual) 메모리 주소 관련 처리를 추가로 진행해야 한다는 점이다.

같은 프로세스의 스레드들끼리는 다음과 같이 컨텍스트 스위칭이 진행된다.

같은 프로세스의 스레드

프로세스 P에 T1과 T2라는 스레드가 있다고 가정하자.

이런 식으로 컨텍스트 스위칭이 발생할 때 실행하던 스레드의 상태를 저장하고 불러올 스레드의 상태를 로딩한다.

다른 프로세스의 스레드

다음과 같이 컨텍스트 스위칭이 일어나기 전 가상 메모리 주소 관련 추가 처리를 해줘야한다.

위와 같은 이유로 프로세스 컨텍스트 스위칭은 메모리 관련 처리가 추가로 들어가기 때문에 스레드 컨텍스트 스위칭에 비해 느리다.

정리

컨텍스트 스위칭은 간접적으로 캐시 오염이라는 영향을 줄 수 있다. (이건 다음에 알아보자.)

사용자 관점에서 컨텍스트 스위칭은 순수한(pure) 오버헤드(overhead)다.

즉, 가져다 주는 이익은 전혀 없고 성능에 악영향만 끼친다는 것이다.

그렇다보니 컨텍스트 스위칭이 최소로 일어나게끔 하는 것을 지향하자.

출처)

컨텍스트 스위칭 뽀개기! 의미와 종류와 왜 스레드 컨텍스트 스위칭이 더 빠르다고 하는지까지..! 이 모든 것을 시원~~하게 설명합니다!! (youtube.com)