[운영체제 스터디] - 3. 프로세스 관리

Ader(아더)·2022년 2월 20일

OS

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사용자 프로그램들은 실행시킬 때 메모리에 적재된다(가상메모리를 거친다).
프로그램이 실행될 때는 프로그램만의 독자적인 주소공간이 생기는데 이를 가상메모리라고 한다.
각각의 Address Space에는 stack, data, code으로 구성되어 있다.
- code에는 실행파일에 있던 코드가 적재되는 부분으로 실제 CPU에서 실행할 기계어가 있다.
- data는 데이터가 적재되어 있는 부분이다.(모든 데이터가 아닌 전역변수, 프로그램의 생명주기와 함께하는 데이터가 존재한다)
- stack에는 함수의 호출과 리턴에 관련된 정보들이 저장되어있다.

New : 프로세스가 생성중인 상태(생성이 안되었으면 프로세스가 아니므로)
Terminated : 수행이 끝난 상태
ready
- 프로세스가 메모리에 올라간 상태
- CPU만 보유하면 바로 명령어를 실행할 수 있지만 CPU를 할당받지 못한 상태
running
- CPU를 갖고 명령어를 수행중인 상태
- 3가지 경우를 통해 CPU를 반납함
blocked
- I/O등의 event를 (스스로) 기다리는 상태
Suspended(stopped)
- 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
- 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다
- 예) 사용자가 프로그램을 일시 정지시킨 경우 시스템이 여러 이유로 프로그램을 잠시 중단시킴
blocked와 suspended의 공통점은 둘 다 CPU를 얻지 못한다는 점
- 차이점은 suspended를 제외한 나머지 상태는 프로세스가 정지된 것이 아니라 계속 수행되는 것

CPU가 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정
문맥교환 과정에서 운영체제는 각 PCB에 프로그램 상태를 저장하고 불러오는 작업을 수행
문맥교환이란 사용자 프로세스A에서 사용자 프로세스B로 CPU 제어권이 넘어가는 것을 뜻함
문맥교환이 아닌 경우
- 사용자 프로세스A -> ISR or System call 함수 -> 사용자 프로세스 A(프로세스가 동일하다)
문맥교환인 경우
- 사용자 프로세스A -> ISR or System call 함수 -> 사용자 프로세스 B(프로세스 변경)
ISR(Interrupt Service Routine) : 인터럽트 접수에 의해 발생되는 인터럽트에 대응하여 특정 기능을 처리하는 기계어 코드 루틴
문맥교환이 아닌 경우에도 오버헤드가 있지만 문맥교환인 경우에 오버헤드가 훨씬 크다.

CPU 스케줄러가 CPU에 전달하는 일 하나를 스레드라고 하며, 하나의 프로세스에는 여러개의 스레드가 존재하기도 한다
lightweight prcess(경량 프로세스)라고 불리기도 한다
Thread가 동료 thread와 공유하는 부분(task) - 바이너리로 되어있음
- code section
- data section
- OS resources
다중 스레드로 구성된 태스크 구조에서는 하나의 서버스레드가 blocked 상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 스레드가 실행되어 빠른 처리를 할 수 있다
동일한 일을 수행하는 다중 스레드가 협력하여 높은 처리율과 성능 향상을 얻을 수 있다
스레드를 사용하면 병렬성을 높일 수 있다

커널에 의해 지원된다면 커널스레드 (운영체제가 스레드를 앎)
- Windows 95/98/NT
- Solaris
- Digital UNIX, Mach
라이브러리에 의해 지원된다면 유저스레드 (운영체제가 스레드를 모름)
- POSIX Pthreads
- Mach C-threads
- Solaris threads

부모프로세스가 자식프로세스를 만들고 자식프로세스는 복제생성되기 때문에 부모프로세스와 똑같은 상태이다
프로세스의 계층 구조(트리) 형성
주소 공간(Address Space)
- 자식은 부모의 공간을 복사함
- 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림
유닉스의 예
- fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성
  - 부모를 그대로 복사
  - 주소 공간 할당
- fork 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림