Process Management

이연중·2021년 11월 4일

OS

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프로세스 생성

Copy-on-write(COW) 기법: 자식 프로세스가 부모 프로세스를 공유만 하고 있다고, 수정 사항이 생기면 해당 부분만 copy하는 기법(복제 생성이 아닌 방식)
부모 프로세스가 자식 프로세스 생성(복제 생성)
프로세스의 트리(계층 구조) 형성
프로세스가 실행되기 위해서는 자원을 필요로 함
- 운영체제로부터 받음
- 부모와 자원을 공유하는 경우도 있음
자원의 공유
- 부모 자식 간 모든 자원을 공유하는 모델
- 일부 공유하는 모델
- 공유하지 않는 모델(일반적)
수행
- 부모와 자식이 공존하며 수행되는 모델
- 자식이 종료될 때까지 부모가 기다리는 모델
주소 공간
- 자식은 부모의 공간을 복사(복제 생성되기 때문. 부모의 프로세스 문맥을 복사)
- 자식은 해당 공간에 새로운 프로그램 로드
유닉스 예
- fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스 생성(복제 생성)
- exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램 메모리에 로드

프로세스 종료

프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에 이를 알림(exit. 자발적 프로세스 종료 시스템 콜)
- 자식이 부모 프로세스에 output data를 보냄(wait 시스템 콜을 통해)
- 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에 반납
부모 프로세스가 자식 프로세스의 수행을 종료시킴(abort. 강제 종료 시스템 콜)
- 자식이 할당해준 자원의 한계치를 넘어서는 경우
- 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않은 경우
- 부모가 종료(exit)하는 경우
  - 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식 프로세스를 종료시킴
  - 종료는 단계적으로 이루어짐(손자 프로세스 종료 -> 자식 프로세스 -> 부모 프로세스 종료 순으로)

fork() 시스템 콜

프로세스는 fork() 시스템 콜을 통해 만들어짐

int main(){
    int pid;
    printf("\n 부모 프로세스만 출력할 수 있는 부분");
    pid= fork(); //fork 시점 이후부터 자식 프로세스가 실행됨(부모 프로세스의 PC를 자식이 알고 있기					  때문에(문맥을 복사했기 때문))
    			 //fork()의 리턴으로 pid가 오는데, 부모 프로세스의 pid는 양수이고, 자식 프로세스					는 0(구분가능)
    if(pid==0)
        printf("\n Hello, I'm Child Process");
    else if(pid>0)
        printf("\n Hello I'm Parent Process");
    ...
}

exec() 시스템 콜

프로세스는 exec() 시스템 콜을 통해 다른 프로그램을 실행할 수 있음

int main(){
    int pid;
    pid= fork();
    if(pid==0){
        printf("Hello I'm Child");
        execlp("/bin/date", "/bin/date",(char*)0);//이 함수가 exec() 시스템 콜을 함
        										  //자식 프로세스는 date라는 프로그램을 덮													 어씌우게 됨(새로운 프로그램 실행).														 자식 프로세스는 해당 프로그램이 종료되면 												 수행을 다함. 다시 이곳으로 돌아올 수는 없음
    }
    else if(pid>0) printf("Hello I'm parent");
    ...
}

wait() 시스템 콜

자식 프로세스가 종료될 때까지 부모 프로세스는 sleep(block) 상태로 만듦

자식 프로세스가 종료되면 부모 프로세스를 깨움(ready 상태)

int main(){
    int childPID;
    
    childPID= fork();
    
    if(childPID==0){
        ...
    }else{
        wait()
    }
    ...
}

ex) 리눅스의 명령 프롬프트에서 특정 프로그램의 이름을 입력하면, 명령 프롬프트라는 부모 프로세스가 특정 프로그램이라는 자식 프로세스를 생성하고 해당 프로그램이 종료될때까지 wait 했다가 다시 명령줄을 입력할 수 있게 함(자식 프로세스 종료전까지는 명령줄 입력 x)

exit() 시스템 콜

프로세스 종료 시 사용하는 시스템 콜
자발적 종료
- 마지막 명령 수행 후 exit() 시스템 콜 명시적으로 입력
- 또는, 함수의 리턴 위치에 컴파일러가 넣어줌
비자발적 종료
- 부모 프로세스가 자식 프로세스 강제 종료시킴
  - 자식 프로세스가 할당된 자원 한계치 초과
  - 자식에게 할당된 태스크가 불필요해진 경우
- 키보드로 kill, break 등 명령을 입력한 경우
- 부모가 종료되는 경우
  - 자식 프로세스들을 먼저 종료 후 부모 프로세스 종료(순차적으로. 트리의 밑에서 위로)

프로세스 간 협력

독립적 프로세스
- 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로, 원칙적으로는 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 끼치지 않음
협력 프로세스
- 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음
프로세스 간 협력 메커니즘(IPC: Interprocess Communication)
- 메세지 전달 방법
  - Message Passing: 커널을 통해 메세지 전달
    - Direct Communication: 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
    - Indirect Communication: mailbox(or port)를(커널에 mailbox가 있음) 통해 메세지 간접 전달
- 주소 공간 공유 방법(커널에 공유하는 영역에 대해 알리는 시스템 콜을 먼저 해야함)
  - Shared Memory: 서로 다른 프로세스 간 일부 주소 공간을 공유