[운영체제] 프로세스와 스레드

해당 프로세스를 식별하기 위해 꼭 필요한 정보들을 저장
커널 영역에 생성된다.
프로세스 생성시 만들어지고, 실행이 끝나면 폐기됨
PCB에 담기는 정보들
- 프로세스 ID(PID)
  - 특정 프로세스를 식별하기 위해 부여하는 고유 번호
- 레지스터 값
  - 해당 프로세스가 실행하며 사용했던 PC 등의 레지스터 값들 저장
- 프로세스 상태
- CPU 스케줄링 정보
  - 프로세스가 언제 어떤 순서로 CPU 할당받는지
- 메모리 관리 정보
  - 프로세스가 메모리 어디에 저장되어 있는지 <페이지 테이블 정보>
- 사용한 파일과 입출력장치 목록
  - 놀랍네요..

1-3. 문맥 교환(Context Switching)

문맥 교환(Context Switching)

프로세스 A → 프로세스 B 갈아끼우기
문맥이란 PCB 정보
Switching 과정
- 기존 프로세스의 문맥을 PCB에 백업한다.
- 새로운 프로세스를 실행하기 위해 문맥을 PCB로부터 복구한다.
BUT!! 문맥 교환을 너무 자주 하면 오버헤드 발생 가능

1-4. 프로세스의 메모리 영역

프로세스가 생성되면 커널 영역에 PCB 생성된다. 사용자 영역에는 무슨 일이 일어나는가?

코드 영역

기계어로 이루어진 명령어 저장
read-only
= 텍스트 영역

데이터 영역

프로그램이 실행되는 동안 유지되며, 프로그램 전체에서 접근할 수 있는 변수
like 전역 변수

힙 영역

프로그래머가 직접 할당할 수 있는 저장 공간
힙 영역은 무조건 반환해야 함
- 아니면 메모리 누수(memory leak)

스택 영역

데이터를 일시적으로 저장하는 공간
like 매개 변수, 지역 변수

정적 할당 영역

데이터 영역, 코드 영역

동적 할당 영역 : 실시간으로 크기 변경

힙 영역
- 낮은 주소 → 높은 주소
스택 영역
- 높은 주소 → 낮은 주소

2. 프로세스 상태와 계층 구조

2-1. 프로세스 상태

운영체제는 프로세스의 상태를 PCB를 통해 인식하고 관리한다.

생성 상태(New)

프로세스를 생성 중
메모리에 적재되어 PCB 할당 받음

준비 상태(Ready)

내 차례 기다리는 중

실행 상태(Running)

CPU 할당받아 실행 중

대기 상태(Blocked)

입출력장치의 작업을 기다리는 상태

종료 상태(Terminated)

프로세스 종료
운체가 PCB와 메모리 정리함

[프로세스 상태 다이어그램]

2-2. 프로세스 계층 구조

프로세스는 실행 도중 시스템 호출을 통해 다른 프로세스를 생성할 수 있다.

부모 프로세스

새 프로세스를 생성한 프로세스

자식 프로세스

부모 프로세스에 의해 생성된 프로세스
PPID(Parent PID) : 부모 프로세스의 PID

프로세스 계층 구조

최초의 프로세스로부터 자식을 계속 낳음 → 트리 구조

컴퓨터가 부팅될 때 실행되는 1번 PID 프로세스

2-3. 프로세스 생성 기법

복제
- 부모 프로세스는 fork 를 통해 자신의 복사본을 자식 프로세스로 생성한다.
옷 갈아입기
- 만들어진 복사본은 exec 을 통해 자신의 메모리 공간을 다른 프로그램으로 교체한다.

fork

자신의 복사본을 만드는 시스템 호출
PID 값과 저장된 메모리 위치를 제외하고 모두 복사된다.

exec

자신의 메모리 공간을 새로운 프로그램으로 덮어쓰는 시스템 호출
코드와 데이터 영역의 내용이 실행할 프로그램 내용으로 바뀐다. 나머지는 초기화.

3. 스레드

스레드

프로세스를 구성하는 실행의 흐름 단위
하나의 프로세스는 여러 개의 스레드를 가질 수 있다.
하나의 프로세스에서 여러 부분을 동시에 실행할 수 있다.

프로세스

실행되는 프로그램

3-1. 프로세스와 스레드

단일 스레드 프로세스

실행의 흐름 단위가 하나

스레드 등장..!

→ 같은 프로그램 내에서 각기 다른 코드를 실행할 수 있다.

→ 프로세스 자원을 공유한 채 실행에 필요한 최소한의 정보만으로 실행된다.

⇒ CPU가 처리할 작업을 전달할 때 스레드 단위로 전달함.

멀티 스레드 프로세스

하나의 프로세스가 한 번에 여러 일을 동시에 처리할 수 있다.
프로세스를 구성하는 여러 명령어를 동시에 실행할 수 있다.

스레드 간 공유하는 것

코드 영역 / 데이터 영역 / 힙 영역
열린 파일
PCB

스레드 간 따로 쓰는 것

스레드 ID
PC 등 레지스터
스택 영역

프로세스 간 따로 쓰는 것

PCB
코드 영역 / 데이터 영역 / 힙 영역 / 스택 영역

3-2. 멀티 프로세스와 멀티 스레드

멀티 프로세스

여러 프로세스를 동시에 실행하는 것. core관점

멀티 스레드

여러 스레드로 프로세스를 동시에 실행하는 것. thread관점

멀티 스레드 vs 멀티 프로세스

→ 멀티 스레드 win

여러 프로세스를 병행 실행하는 것보다 메모리를 더 효율적으로 사용할 수 있다.

스레드들은
- 프로세스 자원을 공유함
- 협력과 통신에 유리함
프로세스들은
- 똑같은 것을 메모리에 턱턱 적재함
- 독립적으로 실행됨

프로세스 간 통신(IPC : Inter-process Communication)

프로세스는 유저공간 내에서 독립적으로 실행된다.

이처럼 독립적인 공간을 가진 프로세스 간 통신에 사용되는 기법이 IPC 통신이다.

프로세스는 커널이 제공하는 IPC 설비를 이용해 프로세스 간의 통신을 할 수 있게 된다.

메시지 전달(Message Passing)
- 커널을 통해 메시지를 전달하는 방식으로 자원이나 데이터를 주고 받음
- 커널을 이용하기 때문에 구현이 비교적 쉬움
- 시스템 콜이 필요하며 이로 인해 오버헤드 발생
- Pipe, Signal, Message Queueing, Socket 등
공유 메모리(shared memory)
- 프로세스들이 공유할 수 있는 메모리 영역을 두고 데이터를 주고 받을 수 있게 함
- 커널 의존도가 낮기 때문에 속도가 빠르고 통신이 자유로움
- 자원과 데이터를 공유하기 때문에 동기화 이슈 발생
- Shared Memory, Semaphore 등

diveintoo

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1-1. 프로세스 직접 확인하기

1-2. 프로세스 제어 블록