프로세스의 이해

3.1 Process Concept

프로세스란 무엇인가?

• 프로세스는 실행중인 프로그램을 말한다.
  -> a.out이 메모리에 올라가서 실행될 때 이것이 프로세스
• 프로세스는 운영체제의 작업 단위이다.

프로세스 메모리 구조 - The memory layout of a process

• Text section: 실행 코드
• Data section: 전역 변수
• Heap section: 프로그램 실행 중 동적으로 할당되는 메모리
• Stack section: 함수와 관련된 정보들

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 

int x;
int y = 15; 

int main(int argc, char *argv[])
{
	int *values; 
	int i; 

	values = (int *)malloc(sizeof(int)*5); 
	for (i = 0; i < 5; i++) 
        values[i] = i;
    return 0;
} 

프로세스의 생명주기

• New: 프로세스가 막 만들어진 상태
• Running: CPU를 점유해서 명령어를 수행하는 상태
• Waiting: I/O 또는 이벤트를 기다리느라 CPU를 점유하지 않은 상태
• Ready: CPU를 점유하기 위해 대기하는 상태
• Terminated: exit() 또는 return으로 종료된 상태
  -> Running에서 Ready로 가는 것과 Running에서 Waiting으로 가는 것이 헷갈림
• 스케줄러가 Ready에서 Running으로 보내는 것을 dispatch라 한다.

PCB(Process Controls Block)

운영체제가 관리해야 하는 프로세스 컨트롤 블록

• Process state: 프로세스 상태(new/running/waiting/ready/terminated)
• Program counter: 명령어의 메모리 주소를 보관하는 레지스터
• CPU registers: IR, DR…
  * Program counter, CPU registers 포함해서 context(문맥)라고 한다.
• CPU-scheduling information: CPU를 사용하거나 릴리즈하기 위해 사용하는 스케줄링 정보
• Memory-management information: malloc 정보 들
• Accounting information: 유저 정보
• I/O status information: 파일 등 자원 락 등

3.2 Process Scheduling

Scheduling Queues

• ready queue: 프로세스가 running 상태로 가기 위한 대기열
• wait queue: ready 상태로 가기 위한 대기열

Context Switch - 문맥 교환

어떤 태스크가 다른 프로세스에게 CPU를 넘겨주는 것

• 현재 프로세스의 문맥을 저장하고,
• 다른(새로 진행할) 프로세스의 문맥을 보관한다.
  -> CPU의 레지스터에 PCB 정보를 로드하고, 저장한다.
• 시분할과 문맥교환을 통해 프로그램을 동시에(concurrently) 실행할 수 있다.

3.3 Operations on Processes

fork()

OS에게 프로세스를 복제해달라고 요청하는 system call

• system call
• execute concurrently
• wait

Figure 3.8

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <wait.h>

int main() { 
  pid_t pid;
  // fork a child process
  pid = fork();

  if (pid < 0) { // error occurred
      fprintf(stderr, "Fork Failed");
		return 1; 
	} 
	else if (pid == 0) { // child process
		execlp("/bin/ls", "ls", NULL);
	}
	else { // parent process
		wait(NULL); 
		printf("Child Complete");
	}
	return 0; 
} 

Zombie and Orphan

• zombie process: 부모 클래스가 wait()를 안하고, 자식 프로세스를 신경쓰지 않는 경우(자식 프로세스는 backround에 계속 남게 됨)
• orphan process: 부모 클래스가 wait()를 하지 않고 종료한 경우, 고아 프로세스