[OS] KOCW 운영체제 강의 정리 (6) | Chapter 4. Process Management

Chapter 4. Process Management

 

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💡 프로세스 생성 (Process Creation)

• 부모 프로세스(Parent Process)가 자식 프로세스(Children Process)를 생성한다.
  (프로세스가 또 다른 프로세스를 만드는 구조. 복제 생성)
• 프로세스의 트리(계층 구조)가 형성된다.
• 프로세스는 자원을 필요로 한다. 이 때, 자원은 운영체제(OS)로부터 받거나 부모와 공유한다.
• 자원의 공유
  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부를 공유하는 모델 (모든 자원을 공유하는 것보다 더 효율적임) ex) Linux
  • 전혀 공유하지 않는 모델
• 수행 (Execution)
  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료(terminate)될 때까지 부모가 기다리는(wait = blocked) 모델
• 주소 공간(Address space)
  • 자식은 부모의 공간(문맥)을 복사함 (binary and OS data) -> Code, Data, Stack 전부 복사하는 것.
  • PC(Program Counter) Register도 그대로 복사함.
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림

    Copy-on-Write(COW)

• Write가 발생했을 때 Copy가 실행되는 것.
• 내용이 변경되었을 경우에만 Copy를 진행하고 그 전까지는 공유만 하는 것을 의미함.

 

• 유닉스의 예
  • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성
    • 부모를 그대로 복사 (OS data except PID + binary)
    • 주소 공간 할당
    • 시스템 콜이 호출되는 것이므로 OS가 해당 작업(프로세스 생성)을 대신 수행하는 개념으로 이해해야 함.
  • fork 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림.

 

< 프로세스의 생성과정 정리 >

1. 부모 프로세스의 복제 (부모 프로세스가 자식 프로세스를 생성) --> fork()
2. 새로운 프로세스를 주소 공간에 덮어씌움. --> exec()

 

💡 프로세스 종료 (Process Termination)

• 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌 (Exit)
  • 자식이 부모에게 output data를 보냄 (via wait)
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨.
  • 프로세스에서는 무조건 자식 프로세스가 먼저 종료되고 부모 프로세스가 종료되어야 함.
• 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴 (abort - 강제 종료)
  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
  • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
  • 부모가 종료(exit)하는 경우
    • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다.
    • 강제 종료 시에도 자식 프로세스가 먼저 종료된 후 부모 프로세스가 종료되기 때문에 단계적인 종료가 발생함.

 

💡 fork() System Call

• A process is created by the fork() system call
  • creates a new address space that is a duplicate of the caller

    int main() {
        int pid;
        pid = fork(); 
        # fork() 함수가 실행되면 하나의 프로세스가 더 생성된다고 이해하는 것이 쉬움.
        if(pid == 0) {
            printf("\nHello, I am child!\n");
        } eise if (pid > 0) {
            printf("\nHello, I am parent!\n");
        }
    }

 

💡 exec() System Call

• A process can execute a different program by the exec() system call.
  • replaces the memory image of the caller with a new program.

    int main() {
        int pid;
        pid = fork(); 
        # fork() 함수가 실행되면 하나의 프로세스가 더 생성된다고 이해하는 것이 쉬움.
        if(pid == 0) {  
            # this is child
            printf("\nHello, I am child! Now I'll run date \n");
            execlp("/bin/date", "/bin/date", (char *) 0);
        } eise if (pid > 0) {   
            # this is parent
            printf("\nHello, I am parent!\n");
        }
    }

 

💡 wait() System Call

자식이 종료(terminate)될 때까지 부모가 기다리는(wait = blocked) 모델

• 프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면
  • 커널은 child가 종료될 대까지 프로세스 A를 sleep 시킨다. (block 상태)
  • child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 Rodnsek. (ready 상태)
• 대표적인 예 )
  • 리눅스에서 Program 이름을 Command Line에 치면 실행되는 형태.
  • 종료 될 때까지 다른 프로그램 실행 불가.
  • 쉘 프롬프트의 자식 프로세스로 실행되기 때문에 자식 프로세스가 끝나야 다시 프롬프트 라인이 보임.

  main {
    int childPID;
    S1;
    childPID = fork();
    # 0이면 자식 프로세스를 위한 코드 생성
    if(childPID == 0) {
    } else {
      # 부모 프로세스인 경우 wait() 실행
      # 자식 프로세스가 종료될 때까지 기다리는 모델
      wait();
    }
    S2;
  }

 

💡 exit() System Call

• 프로세스의 종료
  1. 자발적 종료
     • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해 중료 수행됨.
     • 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌.
  2. 비자발적 종료
     • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
       • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청
       • 자식에게 할당된 Task가 더 이상 필요하지 않음
       • 키보드로 kill, break 등을 친 경우
       • 부모가 종료되는 경우 (부모 프로세스가 종료되기 전에 자식들이 먼저 종료되어야 하므로)

 

< 요약 >

💡 프로세스와 관련된 시스템 콜

1. fork()
   • Create a child (copy)
   • 부모 프로세스에서 복제하여 자식 프로세스 생성
2. exec()
   • overlay new image
   • 새로운 프로그램으로 덮어씌우는 시스템 콜
3. wait()
   • sleep until child is done
   • 자식 프로세스가 종료될 때까지 대기
4. exit()
   • frees all the resources, notify parent
   • 모든 자원을 반납하고 부모 프로세스에게 종료되었다고 알림.

 

💡 프로세스 간 협력

1. 독립적 프로세스 (Independent Process)
   • 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함.
   • 경우에 따라서는 프로세스가 협력을 해야만 서로 효율적으로 실행되기도 함.
2. 협력 프로세스 (Cooperating Process)
   • 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음
3. 프로세스 간 협력 메커니즘 (IPC : Interprocess Communication)
   1. 메세지를 전달하는 방법
      • Message passing
        • 커널을 통해 메시지 전달.
        • 프로세스 A가 프로세스 B에게 메세지를 전달함으로써 프로세스 B가 작업을 수행하는 것. 중간 커널이 메신저 역할을 해줌.
   2. 주소 공간을 공유하는 방법
      • shared memory
        • 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음.

Thread

• Thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스간 협력으로 보기는 어렵지만
  동일한 process를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능.

 

💡 Message Passing

• Message System
  • 프로세스 사이에 공유 변수 (Shared variable)를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템
  • Communication 방법에 관계 없이 운영체제 커널이 메세지를 전달하는 통신을 진행.
• Direct Communication
  • 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
  Process P [Send Q.message] -----------> Process Q [Receive P.message]

 

• Indirect Communication
  • mailbox(or port)를 통해 메세지를 간접 전달
  • mailbox 역시 커널 안에 존재하는 것.
  Process P [Send M.message] ------ Mailbox M -----> Process Q [Receive M.message]

 

💡 Interprocess Communication

• 각각 주소공간이 따로 있지만, 일부의 shared 공간을 같이 사용하는 형태
• kernel에 명령을 보내 shared 공간을 쓴다는 것을 알려야 사용 가능함.

 

 

 

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⬇︎⬇︎ 강의 링크 ⬇︎⬇︎

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

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