OS Chapter 3. Process Concept

Nine·2022년 2월 24일
Context SwitchIPCOSPCBProcess SchedulingSocketsThreadpipe프로세스
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Operating System

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1. Process State

프로세스

  • on 디스크는 프로그램, on 메모리는 프로세스라고 합니다.
  • 알다시피 stack heap data text 로 나뉩니다.

프로세스의 상태

  • New

  • Ready

  • Running

  • Waiting

  • Terminated

2. Process Control Block (PCB)

PCB

  • 각 각의 프로세스는 자신의 정보 묶음인 PCB를 가지고 있어요.

  • Process 정보, 레지스터, 스케쥴링, 메모리, I/O 등...

어떠한 정보들이 있나요?

  • Process State : 프로세스 상태

  • Program counter : 다음 명령

  • CPU registers : 프로세스가 인터럽트 이후 올바르게 작업을 이어가기 위해 참조하는 CPU 레지스터 값

  • CPU-scheduling information : 스케쥴링과 관련된 정보 (중요도, 스케줄링 큐 포인터)

  • Memory-management information : base, limit 레지스터 값, 페이지 테이블 등의 메모리 시스템 정보

  • Accounting information : 사용된 CPU 총량, 프로세스 개수, 시간 제한 등

  • I/O status information : 프로세스에 할당된 I/O device 목록, 열린 파일 목록 등

3. Threads

  • 프로세스를 쪼개 하나의 프로세스 안에서 동시에 여러 작업을 처리할 수 있어요.

  • 싱글 스레드 프로세스는 한 번에 하나의 작업만 할 수 있어요.

4. Process Scheduling

멀티 프로그래밍의 목적

  • CPU를 최대 사용하고 싶어요! → 항상 일부 프로세스를 실행

타임 쉐어링의 목적

  • 프로세스 간 CPU를 자주 전환 → 사용자가 각 프로그램이 실행되는 동안 서로 상호작용할 수 있도록!

👉 멀티 프로그래밍과 타임 쉐어링의 목적을 위해 CPU에서 실행 가능한 프로세스를 선택하고 할당하는 일을 프로세스 스케쥴링이라 합니다.

Scheduling Queues

Job Queue

  • 프로세스가 시스템에 들어오면 잡 큐로 들어갑니다.

Ready Queue

  • 메인 메모리에서 실행을 기다리는 ready 상태의 프로세스들

Device Queue

  • 입출력 장치를 기다리는 프로세스들

Schedulers

Job Scheduler , Long-term Scheduler

  • to ready queue

  • CPU 밖에서 가끔 수행됩니다.

CPU Scheduler , Short-term Scheduler

  • to processor

  • CPU 안에서 자주 수행됩니다.

5. Context Switch

  • 프로세스 실행 도중 문제 발생 → 인터럽트 발생 → OS가 개입하여 할당된 프로세스를 교체! (프로세서가 현재 가지고 있는 PCB의 정보가 바뀌겠죠?)

  • Syscall을 사용해야 하면 프로세스가 자체적으로 처리할 수 없기 때문에 OS가 개입해야 해요.

  • Context : 내 시스템에서 활용 가능한 모니터링된 정보들

    • 프로세서 입장에서는 Context === PCB 이기 때문에 결국 PCB 정보가 바뀌는 것을 컨텍스트 스위치라고 부르는 겁니다.

🤔 하지만, Context Switch는 오버헤드가 발생하니 자주 하면 안 됩니다!

6. Operations on Processes

  • 시스템은 프로세스 생성, 삭제 메커니즘을 제공해야 해요.

Process Creation

🎄 프로세스는 트리 구조

🔑 PCB의 pid로 식별합니다.

🔨 생성은 마치 플라나리아 번식

  • 부모가 fork()로 자식을 생성해요.

  • 자식은 exec()로 내용을 변경해요.

❗ fork()를 하게 되면 부모는 자식의 pid를 가지게 되고 자식은 0을 가지게 됩니다.

  • 부모와 자식은 동시에 작동해요.

Process Termination

🔚 exit()를 호출하면 프로세스가 종료됩니다.

🧑‍🍼 부모 종료 → 자식은 상위 프로세스를 부모로 봅니다 (할아버지, 할머니)

😂 자식 종료 → 만약 부모가 자식이 반환한 정보를 회수하지 않았다면 자식은 좀비가 됩니다. (정보가 메모리에 남아 있는 상태)

  • Orphan, Zombie

7. Interprocess Communication (IPC)

  • 프로세스 간 통신을 말합니다. 어떻게 프로세스간 통신이 일어날까요?

Message Passing

📫 우편 방식

  • 송신 → 커널 → 수신

😀 커널에서 기본적인 기능을 제공해서 구현이 쉬운 편이예요.

😂 Context Switching이 발생해서 느려요!

Shared Memory

📄 게시판 방식

  • 특정 메모리 공간을 프로세스가 함께 사용하며 정보를 주고 받습니다.

😀커널 없어서 빨라요.

😂 메모리 동시 접근을 막아야해서 프로그래머가 더 구현해줘야 해요.

Producer-Consumer Problem

  • 생산자 - 소비자 문제

    • 프로세스 중 정보를 생산하는 친구를 생산자, 받는 친구를 소비자라고 해요.

    • 생산보다 소비가 빠르면 동기화 문제가 발생해요.

    • 🤔 버퍼를 사용합시다.

Synchronization

  • Message Passing Sync 문제 해결 방법
    • Blocking 방식
      • Blocking Send : 수신자 받을 때까지 송신자 멈춰!
      • Blocking Receive : 메시지 받을 때까지 수신자도 멈춰!
    • Non-blocking 방식
      • Non-blocking Send : 메시지 보내고 송신자 알아서 해!
      • Non-blocking Receive : 수신자가 유효 or null 메세지를 받아요.

8. Sockets

  • 서버와 클라이언트가 통신하는 방식이예요.

  • ip 주소, 포트 정보만 있다면.. → 클라가 서버에 접근 가능해요.

  • RPC(Remote Procedure Calls)

    • 프로세스와 프로세스가 네트워크로 이어져 있을 때 발생하는 호출이예요.
    • 서버와 클라이언트가 통신할 때는 IP주소와 포트를 래핑해서 Stub으로 만들어 전송합니다.

9. Pipes

  • 부모와 자식 프로세스가 통신할 때 사용하는 방식이예요.
  • 프로세스 사이에 파이프를 두는 거죠!

😕 파이프는 단방향 통신이라 양방향 하려면 두 개 필요해요.

  • 파이프는 파일입니다.

  • 파이프에 이름을 붙인 named pipe를 사용하면 부모-자식 관계 아니여도 통신이 가능해요.

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함께 웃어야 행복한 개발자 장호영입니다😃
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