프로세스(Process) 🐣

• 이화여대 반효경 교수님의 운영체제 강의를 듣고 작성하였습니다. 🙂

프로세스란?

“Process is a program in execution”

프로세스는 실행중인 프로그램이다.

프로세스의 문맥(context)

프로그램이 실행부터 종료될 때까지 중에서 현재 프로그램이 어떤 상태에 있는지 나타내기 위해 사용되는 개념.

🐣 프로세스 실행 ~ 종료 과정

프로세스가 실행되면 독자적인 주소공간(code, data, stack) 이 생긴다.

프로세스가 CPU에 올라가게 되면 PC(Program Counter)가 code를 하나씩 읽어 Register에 값을 넣어 ALU에서 연산 후 결과를 Register에 저장하거나 data 에 저장한다.

문맥을 나타내기 위해서는 PC가 code의 어느 부분까지 실행 하였는지, 프로세스의 메모리에 어떤 내용이 담겨 있는지, Register에 무슨 값을 넣었는지, 어떤 instruction 까지 실행했는지 등의 정보가 필요하다.

🐣 프로세스 문맥을 나타내기 위해 필요한 정보

✔ 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 - (각 Process가 함수호출을 하다 System call을 해야 할 경우 Process 별로 스택에 쌓인다.)

프로세스의 상태 (Process State)

❗ 프로세스는 상태가 변경되며 수행된다.

✔ Running

• CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태

✔ Ready

• CPU를 기다리는 상태 (메모리 등 다른 조건을 모두 만족한 채로)

✔ Blocked (wait, sleep)

• CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태

• Process 자신이 요청한 event(ex. I/O)가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태

  ex. 디스크에서 file을 읽어와야 하는 경우

✔ Suspended

• 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
• 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다.

✔ New

• 프로세스가 생성중인 상태

✔ Terminated

• 수행이 끝난 상태

PCB (Process Control Block)

운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보

아래의 그림과 같은 구조체를 가진다.

문맥 교환 (Context switch)

CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정

CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 OS는 아래의 과정을 수행

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

❗ System call이나 Interrupt 발생시 반드시 문맥 교환이 일어나는 것은 아니다.

(1) 사용자 프로세스 A —–> kernel mode —–> 사용자 프로세스 A (문맥 교환 ❌)

(2) 사용자 프로세스 A —–> kernel mode —–> 사용자 프로세스 B (문맥 교환 ⭕)

🐣 (1) 의 경우에도 CPU 수행 정보 등 context의 일부를 PCB에 저장해야 하지만 (2)의 경우 그 부담히 훨씬 크다.

스케줄러 (Scheduler)

1. Long-term scheduler (job scheduler)

   • 시작 프로세스중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정

   • 프로세스에 memory(및 각종 자원)를 주는 문제

   • degree of Multiprogramming을 제어

   • time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음 (무조건 ready)

     
     

2. Short-term scheduler (CPU scheduler)

   • 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬지 결정

   • 프로세스에 CPU를 주는 문제

   • millisecond 단위로 충분히 빨라야 함

     
     

3. Medium-term scheduler (Swapper)

   • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
   • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
   • degree of Multiprogramming을 제어