[os기초] 문맥교환이 일어나는 과정과 PCB

adam2·2020년 1월 8일
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PCB(Process Control Block)

운영체제가 시스템 내의 프로세스들을 관리하기 위해 프로세스마다 유지하는 정보들을 담는 커널 내 자료구조. 커널 주소공간의 data 영역에 존재한다.

PCB에 저장되는 내용들

  • process 상태
    • CPU를 할당해도 되는지 여부를 결정하기 위해 필요함
  • pc값
    • 다음에 수행할 명령어의 위치를 가리킨다
  • CPU register
    • CPU 연산을 위해 현 시점에 레지스터에 어떤 값을 저장하고 있는지를 나타냄
  • CPU 스케줄링 정보
  • 메모리 관리 정보
  • 자원 사용 정보
  • 입출력 상태 정보
  • 등등

그래서, 프로레스마다 Context가 필요한 이유는 무엇일까?

그 이유는 바로 문맥교환이 일어나기 때문이다.
문맥 교환중에 CPU를 선점하고 있던 프로세스는 프로세스 문맥을 자신의 PCB에 저장하게 되고,
새롭게 CPU를 할당받을 프로세스는 PCB로부터 예전에 저장했던 자신의 문맥을 실제 하드웨어로 복원시키는 과정을 거치게 된다.

문맥 교환(Context Switching)

문맥 교환이란 하나의 사용자 프로세스로부터 다른 사용자 프로세스로 CPU의 제어권이 이양되는 과정을 말한다.

실행 상태에 있던 프로세스(A)가 입출력을 요청해야하는 경우가 생겼다고 가정해보자.
입출력을 하기 위해서 프로세스는 I/O를 요청하는 시스템 콜을 발생시키고, 프로세스는 device queue에 줄을 서게 되고 준비 상태로 상태가 변경된다.
그리고 준비 큐에 있던 다른 프로세스(B)가 CPU를 할당받아 명령을 수행하게 될 것이다.

이렇게 프로세스A에게 있던 CPU제어권이 프로세스B에게로 넘어가는 과정을 문맥 교환이라고 한다.

시스템콜이나 인터럽트로 인해 CPU제어권이 운영체제로 넘어가는 경우에도 프로세스 문맥 중 일부를 PCB에 저장하기는 하지만 이 과정을 문맥 교환이라고 하지는 않는다. 단지 하나의 프로세스가 사용자 모드에서 커널 모드로 실행 모드만 바뀌는 것 뿐이기 때문이다.

문맥 교환에 소요되는 시간은 시스템 입장에서 볼 때 일종의 오버헤드라고 할 수 있다. 따라서 타이머 인터럽트 시간을 너무 짧게하면 프로세스간 문맥 교환이 너무 자주 일어나 오버헤드가 커지게 된다.

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