강의 주소 : 이화여대 반효경 교수님 운영체제 강의 (2014년)
Chapter 3. Process 1, 2, 3
3.1 프로세스의 개념
프로세스 = 실행중인 프로그램(program in execution)
프로세스의 문맥(context)
- CPU 수행 상태를 나타내는 HW 문맥(Program Counter, 각종 register)
- 프로세스의 주소 공간(code, data, stack)
- 프로세스 관련 커널 자료 구조(PCB, Kernel stack)
프로세스의 상태(process state)
- Running : CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태
- Ready : CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른 조건은 모두 만족하고)
- Blocked(wait, sleep) : CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태, process 자신이 요청한 event(예 : I/O 작업)가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태
- New : 프로세스가 생성중인 상태
- Terminated : 수행이 끝난 상태
중기 스케줄러로 인해 프로세스의 상태가 하나 추가되었다.
Suspended(stopped): 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태, 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 됨
- Blocked : 자신이 요청한 event가 만족되면 ready
- Suspended : 외부에서 resume해 주어야 active
3.2 Process Control Block(PCB)
운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보
- OS가 관리상 사용하는 정보 : Process state, Process ID, scheduling information, priority
- CPU 수행 관련 HW 값 : Program counter, registers
- 메모리 관련 : code, data, stack의 위치 정보
- 파일 관련
3.3 문맥 교환(context switch)
- CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정
- CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행
- CPU를 내어주는 프로세스 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
- CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB를 읽어옴
- 시스템 콜이나 interrupt 발생 시 반드시 context switch가 일어나는 것은 아님
-> (1)의 경우도 CPU의 수행 정보 등 context의 일부를 PCB에 save해야 하지만 문맥교환을 하는 (2)의 격우 그 부담이 훨씬 크다.
3.4 프로세스를 스케줄링하기 위한 큐
- Job queue : 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합
- Ready queue : 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합
- Device queue : I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합
-> 프로세스들은 각 큐를 오가며 수행된다.
3.5 스케줄러(scheduler)
Long-term scheduler : 장기 스케줄러/job scheduler
- 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정
프로세스에 memory를 주는 문제- degree of Multiprogramming을 제어(메모리에 올라간 프로세스의 수 제어)
- time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음(무조건 ready)
Short-term scheduler : 단기 스케줄러/CPU scheduler
- 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬지 결정
프로세스에 CPU를 주는 문제- 충분히 빨라야 함(millisecond 단위)
Medium-term scheduler : 중기 스케줄러/Swapper
- 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
프로세스에게서 memory를 뺏는 문제- degree of Multiprigramming을 제어
- 프로세스의 상태(suspended) 추가
3.6 Thread
스레드(lightweight process) = 프로세스 내부의 CPU 수행 단위
스레드 구성
program counter + register set + stack space
스레드가 동료 스레드와 공유하는 부분
code section + data section + OS resources
스레드 사용 장점
높은 응답성: 다중 스레드로 구성된 태스크 구조에서는 하나의 서버 스레드가 blocking 상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 스레드가 실행되어 빠른 처리를 할 수 있다.
예) 웹페이지 로드 : html 문서를 읽고, 그 안의 이미지를 웹 서버에 다시 요청 -> 프로세스를 block 시키지 않고 html 문서 먼저 화면에 노출 = 비동기식 입출력- 동일한 일을 수행하는 다중 스레드가 협력하여
높은 처리율과성능 향상을 얻을 수 있다. - 자원 공유로
자원을 효율적으로 사용할 수 있다. - CPU가 여러개 있을 때, 스레드를 사용하면 병렬성을 높일 수 있다.
Software Engineer