3. 프로세스

프로세스의 개념

• Process is a program in execution (프로세스는 실행중인 프로그램이다)
• 프로세스의 문맥(context)
  • CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
    • 하드웨어 문맥 : Program Counter, 각종 register
  • 프로세스의 주소 공간 : code, data, stack
  • 프로세스 관련 커널 자료 구조 : PCB(Process Control Block) Kernel stack

프로세스의 상태

• 프로세스는 상태가 변경되며 수행된다
  • Running - CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태
  • Ready - CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른 조건을 모두 만족)
  • Blocked(wait, sleep)
    • CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
    • Process 자신이 요청한 event(예:I/O)가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태
    • 예) 디스크에서 file을 읽어와야 하는 경우
  • New : 프로세스가 생성중인 상태
  • Terminated : 수행(execution)이 끝난 상태

프로세스 상태도

PCB

• 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보
• 다음의 구성 요소를 가진다 (구조체로 유지)
  • OS가 관리상 사용하는 정보 - Process state, Process ID, priority, scheduling info.
  • CPU 수행 관련 하드웨어 값 - PC, registers
  • 메모리 관련 - Code, data, stack의 위치 정보
  • 파일 관련 - Open file descriptors...

문맥 교환

CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정

CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행

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

System call이나 Interrupt 발생시 반드시 문맥교환이 일어나는 것은 아님

프로세스를 스케줄링하기 위한 큐

Job queue - 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합

Ready queue - 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합

Device queue - I/O 디바이스의 처리를 기다리는 프로세스의 집합

프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행된다.

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스케줄러 (Scheduler)

• Long-term scheduler (장기 스케줄러 or job scheduler)
  • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정
  • 프로세스에 memory(및 각종 자원)을 주는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어
  • time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음 (무조건 ready)
• Short-term scheduler (단기 스케줄러 or CPU scheduler)
  • 어떤 프로세스를 다음번에 running시킬지 결정
  • 프로세스에 CPU를 주는 문제
  • 충분히 빨라야 함(millisec 단위)
• Medium-term scheduler (중기 스케줄러 or Swapper)
  • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
  • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어

스레드(Thread)

• A Thread(or lightweight process) is a basic unit of CPU utilization (CPU 이용의 기본 단위)
• 프로세스 내부에 CPU 수행 단위가 여러 개 있는 경우
• 구성 : PC, register set, stack space
• 스레드가 동료 스레드와 공유하는 부분(=task) : code section, data section, OS resources
• 전통적인 개념의 heavyweight process는 하나의 thread를 가지고 있는 task로 볼 수 있다.
• 다중 스레드로 구성된 태스크 구조에서는 하나의 서버 스레드가 blocked(waiting)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. (다중 CPU 환경만 해당)

스레드의 장점

Responsiveness 응답성 - 한 스레드가 막혀있을때 다른 스레드가 동작할 수 있어 사용자에 대한 응답성 증가

Resource Sharing 자원 공유 - 자동으로 스레드가 속한 프로세스의 code data 자원을 공유할수있다.

Economy 경제성 - 프로세스 생성하고 CPU 스위칭하는거보다 스레드 만드는게 더 경제적이다.

Utilization of MP Architectures - 멀티프로세서 환경에서 유용함