[운영체제] 프로세스(process)

cosmos-JJ·2023년 9월 19일

CS 운영체제

Computer Science

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프로세스

프로그램과 프로세스

컴퓨터 프로그램 : 컴퓨터에서 실행될 때 특정 작업을 수행하는 일련의 명령어들의 모음
프로세스 : 실행중인 프로그램

프로그램의 사전적 의미이는 진행 계획이나 순서, 또는 그 목록을 말하고 컴퓨터에서 프로그램이란 어떤 문제를 해결하기 위해 컴퓨터에게 주어지는 처리 방법과 순서를 기술한 일련의 명령문 집합이다.

프로그램과 프로세스를 연결해서 설명해보자면
보조기억장치에 저장되어 있는 데이터 덩어리를 프로그램이라 하고 이 프로그램을 메모리에 적재하고 실행하는 순간 프로그램은 프로세스 가 된다.

프로세스의 분류

포그라운드 프로세스(foreground process) : 사용자가 보는 앞에서 실행되는 프로세스
백그라운드 프로세스(background process): 사용자가 보지 못하는 뒤편에서 실행되는 프로세스
- 데몬(유닉스 운영체제),서비스(윈도우 운영체제) : 사용자와 상호작용하지 않고 정해진 일만 수행하는 백그라운드 프로세스

프로세스 제어 블록(PBC : Process Control Block )

프로세스 제어 블록(PBC : Process Control Block ) : 빠르게 번갈아가며 수행되는 프로세스를 관리하기 위해 사용되는 자료 구조

프로세스 관련 정보를 저장
프로세스 생성 시 커널 영역에 생성되고 프로세스 종료시 폐기됨

PCB에 담기는 대표적인 정보

- 프로세스 ID : 특정 프로세스를 식별하기 위해 부여하는 고유한 번호

- 레지스터 값 : 프로세스 실행시 이전까지 사용한 레지스터 중간 값 복원 후 실행 재게

- 프로세스 상태 : 
ex) 입출력 장치를 사용하기 위해 기다리는 상태, CPU를 사용하기 위해 기다리는 상태 등등..

- CPU 스케줄링 정보 : 프로세스가 언제, 어떤 순서로 CPU를 할당받을지에 대한 정보

- 메모리 정보 : 어느 주소에 저장되어 있는지에 대한 정보, 페이지 테이블 정보

- 사용한 파일과 입출력장치 정보 : 할당된 입출력장치, 사용중인 파일 정보

문맥 교환 (Context Switching)

문맥 교환 (Context Switching) : 기존 프로세스의 문맥을 PCB에 백업하고, 새로운 프로세스를 실행하기 위해 문맥을 PCB로부터 복구하여 새로운 프로세스를 실행하는 것

문맥 교환 순서
기존에 실행되던 프로세스 중간 정보를 백업 ↔ 뒤이어 실행할 프로세스 문맥을 복구
➡반복하여 실행

프로세스의 메모리영역

프로세스 생성 시 커널영역에 PCB가 저장되고 사용자영역에는 무엇이 배치될까?

코드 영역(code segment) == 텍스트 영역(text segment)
- 실행할 수 있는 코드, 기계어로 이루어진 명령어 저장
- 데이터가 아닌 CPU가 실행할 명령어가 담기기에 읽기 전용 공간(read-only)
데이터 영역
- 프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터 저장
- e.g 전역변수 (global variable)
❗❗ 코드영역과 데이터 영역은 크기가 고정된 정적 할당 영역

힙 영역
- 프로그래머가 직접 할당할 수 있는 저장공간

<메모리 누수(memory leak)>
힙 영역에 메모리 공간을 할당했다면 언젠가는 해당 공간을 반환해야 하는데
메모리 공간을 반환하지 않아 할당한 공간아 메모리 내에 계속 남아있어 메모리 낭비를 초래하는 문제

<가비지 컬렉션(garbage collection)>
메모리 누수를 방지하기 위한 메모리 관리 방법

스택 영역
- 데이터를 일시적으로 저장하는 공간
- e.g 매개 변수, 지역 변수
❗❗ 힙 영역과 스택 영역은 크기가 가변적인 동적 할당 영역

프로세스 상태

생성 상태(new)
- 방금 메모리에 적재되어 PCB를 할당 받은 상태
준비 상태(ready)
- CPU를 할당받기 위해 자신의 차례를 기다리는 상태
- 자신의 차례가 된다면 CPU를 할당 받아 실행 상태가 됨 (= 디스패치)
실행 상태(running)
- CPU를 할당 받아 실행 중인 상태
- 할당된 시간을 모두 사용시(타이머 인터럽트 발생 시) 준비상태로 돌아감
- 실행 도중 입출력 장치를 사용하면 작업이 끝날 때 까지 대기 상태
대기 상태(blocked)
- 프로세스가 실행 도중 입출력장치를 사용하는 경우
- 입출력 작업은 CPU에 비해 느리기때문에 대기 상태로 접어듬
- 입출력 작업이 끝나면 준비상태로 돌아감
종료 상태(terminated)
- 프로세스가 종료된 상태
- PCB, 프로세스의 메모리 영역 정리