[OS] KOCW 운영체제 강의 정리 (4) | Chapter 3. Process (1)

 

Chapter 3. Process (1)

 

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💡 Process

 

프로세스의 개념

• 프로세스는 실행중인 프로그램을 의미한다. (Process is a program in execution)
• 프로세스의 문맥(context)
  • CPU의 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥.
    • Program Counter
    • 각종 Register
  • 프로세스의 주소 공간
    • code, data, stack
  • 프로세스 관련
    • PCB (Process Control Block)
    • Kernel stack

 

프로세스의 상태

• 프로세스는 상태가 변경되면서 수행된다.

1. Running
   • CPU를 잡고 Instructionm을 수행중인 상태
2. Ready
   • CPU를 기다리는 상태 (메모리 등 다른 조건을 모두 만족하고)
3. Blocked (wait, sleep)
   • CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
   • Process 자신이 요청한 event (ex. I/O) 가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태 ex) 디스크에서 파일을 얽어와야 하는 경우
   • 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready로 상태가 변경됨.
4. New
   • 프로세스가 생성중인 상태
5. Terminated
   • 수행(execution)이 끝난 상태
6. Suspended (Stopped) -> 중기 스케쥴러로 인해 발생한 상태
   • CPU에서 뿐만 아니라 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
   • 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다. ex) 사용자가 프로그램을 일시 정지 시킨 경우 (break key) 시스템이 여러 이유로 프로세스를 잠시 중단시킴 (메모리에 너무 많은 프로세스가 올라와 있을 때)
   • 외부에서 다시 시해주어야 Active 상태로 변경됨.

 

프로세스 상태도

• CPU는 여러 프로세스가 공유하기 때문에 계속 Ready Queue에서 Process가 대기하고 있다가 점유하는 방식으로 작동함.
• Disk 또한 Disk I/O Queue에 들어있는 Process 를 Disk Controller의 지휘 아래 순차적으로 처리하게 된다.
• Interrupt가 걸려 CPU가 OS에게 넘어가게 되면, OS는 상태 변경을 진행한다.

 

PCB (Process Controll Block)

• 운영체제가 각 프로세스를 관리 및 제어하기 위해 프로세스당 유지하는 상태 정보를 저장해놓은 자료구조
• 프로세스가 진행됨에 따라 PCB는 변경되기도 하며, 프로세스가 종료되면 PCB도 사라지는 것이 특징이다.
• 운영체제가 PCB에 빠르게 접근하기 위해 Process Table 을 사용하며, PID를 통해 원하는 PCB 위치에 쉽게 접근할 수 있다.
• 다음의 구성 요소를 구조체로 가진다. 

  

  1. OS가 관리상 사용하는 정보
     • Pointer (프로세스의 현재 위치)
     • Process State (생성, 준비, 실행, 대기, 종료의 프로세스의 상태)
     • Process number (PID, 프로세스를 식별하기 위한 고유한 ID)
     • Scheduling Information, priority
  2. CPU 수행 관련 하드웨어 값
     • Program counter (실행 될 다음 명령어의 주소)
     • registers (CPU 레지스터 Infomation)
  3. 메모리 관련 (memory limits)
     • Code, data, stack 등의 운영체제 메모리 관리 및 위치 정보를 포함하며, 페이지 및 세그먼트 테이블 등을 저장
  4. 파일 관련 (list of open files)
     • Open file descriptors(프로세스 실행을 위해 열린 파일 목록)
     • 그 외 리소스 관련 정보들

 

문맥 교환 (Context Switch)

• CPU를 비롯한 자원을 이미 프로세스가 사용중인 상태에서 다른 프로세스가 자원을 사용해야 할 경우에 프로세스의 상태(문맥 / Context)를 보관하고 새로운 프로세스의 상태를 적재하는 것을 말함 (= CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정)
• CPU가 다른 프로세스에서 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행
  • CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
  • CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어 Register에 적재함.
• System call이나 Interrupt 발생시 반드시 context switch가 일어나는 것은 아님.
• <1> 사용자 프로세스 A(user mode) -- interrupt or system call --> ISR or system call 함수 (kernel mode) -- 문맥교환 없이 user mode 복귀 --> 샤용자 프로세스 A (user mode)
• <2> 사용자 프로세스 A(user mode) -- timer interrupt or I/O 요청 system call -->  kernel mode -- context switch 발생 --> 사용자 프로세스 B (user mode)
  

=> <1>의 경우에도 CPU 수행 정보 등 context의 일부를 PCB에 save 해야 하지만, 문맥교환을 해야하는 <2>의 경우 훨씬 그 부담이 큼. (ex. cache memory flush)

 

프로세스를 스케줄링하기 위한 큐

1. Job Queue
   • 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합
   • Ready Queue, Device Queue가 모두 Job Queue 내에 포함되어 있음.
2. Ready Queue
   • 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합
3. Device Queue
   • I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합

• 프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행된다.

 

스케쥴러 (Scheduler)

1. Long-term scheduler (Job scheduler or 장기 스케쥴러)
   • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼 지 결정
   • 프로세스에 memory 및 각종 자원을 주는 문제를 다루는 스케쥴러
   • degree of Multiprogramming(메모리에 프로그램이 몇 개 올라가 있는가?) 을 제어
   • time sharing system에는 보통 장기 스케쥴러가 존재하지 않음. (무조건 ready 상태)
2. Short-term scheduler (CPU scheduler or 단기 스케쥴러)
   • 어떤 프로세스를 다음 번에 running 시킬지 결정
   • 프로세스에 CPU를 주는 문제
   • 짧은 시간 단위로 스케쥴러가 이루어짐. 그러므로 충분히 빨라야 함 (millisecond 단위)
3. Medium-term scheduler (Swapper or 중기 스케쥴러)
   • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫒아냄
   • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
   • 중기 스케쥴러가 CPU 사용에서는 효율적 역할을 수행함.
   • degree of Multiprogramming(메모리에 프로그램이 몇 개 올라가 있는가?) 을 제어

 

 

 

✨ Reference ✨

https://velog.io/@junu0516/%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4%EC%99%80-%EC%8A%A4%EB%A0%88%EB%93%9C

 

 

 

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⬇︎⬇︎ 강의 링크 ⬇︎⬇︎

http://www.kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1046323 

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