[운영체제] Chapter3 프로세스 관리

프로세스 관리(Process Management)

1. 프로세스(Process)

프로세스의 정의

• 실행 중인 프로그램
• 실행을 위해 시스템(커널)에 등록된 작업
  • 시스템 성능 향상을 위해 커널에 의해 관리됨
• 각종 자원들을 요청하고 할당 받은 개체
• 능동적인 개체(active entity)
  • 실행 중에 각종 자원을 요구, 할당, 반납하며 진행
• Abstraction for CPU sharing
  • CPU를 공유하는 여러 작업 간의 구분을 위한 단위로 사용
  • 각 프로세스는 컴퓨터 시스템을 독점해서 사용하는 것으로 인식

 

프로세스의 구성

• CPU 상태
  • register
    • 프로그램이 CPU에 올라가야 프로세스, 즉 CPU의 래지스터에 올라가야 함
• 메모리
  • Text (프로그램 코드 저장)
  • Data (프로그램 초기 데이터 저장)
  • Heap
  • Stack

 

프로세스의 종류

구분	종류	설명
역할	시스템(커널) 프로세스	모든 시스템 메모리와 프로세서의 명령에 액세스할 수 있는 프로세스
	사용자 프로세스	사용자 코드를 수행하는 프로세스
병행 수행 방법	독립 프로세스	다른 프로레스에 영향을 주지 않거나 다른 프로세스의 영향을 받지 않으면서 수행하는 프로세스
	협력 프로세스	다른 프로세스에 영향을 주거나 다른 프로세스에서 영향을 받는 병행 프로세스

 

프로세스 유사 용어

• Job : Batch System
• Program : 실행되기 전의 프로그램 이미지
  • passive state(program) vs actice state(process)
  • 한 프로그램은 여러 프로세스로 구성될 수 있음
• Task : 일반적 의미로 job과 유사
  • CPU에서의 task : 하나의 실행 흐름
• Thread : Lightweight process
• Processor : CPU 프로세서

 

자원(Resource)의 개념

• 커널의 관리 하에 프로세스에게 할당/반납되는 수동적 개체(passive entity)

 

2. 프로세스 관리 블록(PCB, Process Control Block)

• OS가 프로세스 관리에 필요한 정보 저장
• 프로세스 생성 시 생성 됨
• 각 프로세스들에 대한 상태정보 저장

 

PCB가 관리하는 정보

• PID(Process Identification Number)
• 스케줄링 정보
• 프로세스 상태
• 메모리 관리 정보
• 입출력 상태 정보
• 문맥저장 영역
• 계정 정보

PCB 정보는 OS 별로 서로 다름

PCB 참조 및 갱신 속도가 OS의 성능을 결정 짓는 요소 중 하나

 

3. 프로세스 상태 변화

 

프로세스 상태 및 특성

상태		자원 할당 상태
Active (swapped-in)	running	프로세서 O	메모리 O
	ready	프로세서 X, 기타 자원 O
	asleep, blocked	프로세서 X, 기타 자원 X
Suspended (swapped-out)	suspended ready	프로세서 X	메모리 X
	suspended block	프로세서 X, 기타 자원 X

 

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1) created 상태

• 작업(Job)을 커널에 등록
• PCB 할당 및 프로세스 생성
• 커널은 가용 메모리 공간 상태 체크 후 프로세스 상태 전이(ready or suspended ready)

 

2) ready 상태

• 프로세서 외에 다른 모든 자원을 할당 받은 상태
  • 프로세서 할당 대기 상태
  • 즉시 실행 가능 상태
• dispathch/shedule
  • ready 상태→ running 상태

 

3) running 상태

• 프로세서와 필요한 자원을 할당 받아 실행중인 상태
• preemption
  • ready 상태 ← running 상태
  • 프로세서 스케줄링(e.g. time-out, priorty changes)
• sleep/block 
  • running 상태 → asleep 상태
  • I/O 등 자원 할당 요청

 

4) asleep, blocked 상태

• 프로세서 외에 다른 자원을 기다리는 상태
• 자원 할당은 System call에 의해 이루어짐

 

5) suspended 상태

• 메모리를 할당 받지 못한/빼앗긴 상태
  • 커널 또는 사용자에 의해 발생
  • memory image를 *swap device에 보관

*Swap device : 프로그램 정보 저장을 위한 파일 시스템

 

6) terminated, zombie 상태

• 프로세스 수행이 끝난 상태
• 모든 자원 반납 후 커널 내에 일부 PCB 정보만 남아있는 상태 (이후 프로세스 관리를 위한 정보)

 

프로세스 관리를 위한 자료구조

• 커널 내에 ready queue, waiting queue, running queue를 두고 프로세스들을 상태에 따라 관리

 

4. 인터럽트-Interrupt

• 예상치 못한 외부에서 발생한 이벤트
• I/O, Clock, Console, Program check, Machine check, Inter-process, System call 등 다양한 인터럽트 종류

 

인터럽트 처리 과정

처리 과정

과정 및 구조

 

5. Context Switching (문맥 교환)

• Context: 프로세스와 관련된 정보들의 집합
• CPU가 여러 프로세스를 처리할 때, 기존에 작업하던 프로세스의 정보(Register Context)를 저장하고(Context saving), 새로 처리할 프로세스의 정보(Register Context)를 불러오는 것(Context restoring)
• 기본적으로 overhead(비용)가 발생한다
  • OS마다 다르며 성능에 큰 영향을 미친다
• Thread 등을 사용하여 불필요한 context switching을 줄여야 함

 

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출처: YouTube,HPC Lab.KOREATECH