[OS] Process 2

📌 프로세스 생성(Process Creation)

• 부모 프로세스(Parent Process)가 자식 프로세스(Children Process) 생성(복제해서 생성)

• 프로세스의 트리(계층 구조) 형성

• 프로세스는 자원을 필요로 함

  • 운영체제로부터 받음
  • 부모와 공유함

• 자원의 공유

  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부를 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델
  • 원칙적으로는 자원을 공유하지 않음. (자식이 생성된 이후부터 별도의 프로세스로 보기 때문에 서로 자원을 얻기 위해 경쟁)
  • 사실 code, data, stack을 완전 별도로 복제하게 되면 메모리 공간의 낭비가 발생하기 때문에 일단 copy하지 않고 자식이 부모 프로세스의 주소 공간을 공유함. 즉, PC만 하나 copy해서 같은 주소를 가리키게 됨. 그러다가 부모와 자식의 내용이 달라지는 분기점이 오면 그 때가 되서야 부모의 일부 공간을 copy함. Copy-on-Write(COW) 기법

• 수행(Execution)

  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료(terminate)될 때까지 부모가 기다리는(wait) 모델

• 주소 공간(Address Space)

  • 자식은 부모의 공간을 복사함(binary and OS data)
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림

• 유닉스의 예

  • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성

    • 부모를 그대로 복사(OS data except PID + binary)
    • 주소 공간 할당

  • fork() 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림

📌 프로세스 종료(Process Termination)

• 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌(exit)

  • 자식이 부모에게 output data를 보냄 (via wait)
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨

• 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴(abort)

  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬

  • 자식에게 할당된 task가 더 이상 필요하지 않음

  • 부모가 종료(exit)하는 경우

    • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않음
    • 단계적인 종료

🚧 fork() 시스템 콜

A process is created by the fork() system call.

• creates a new address space that is a duplicate of the caller.

프로세스의 생성 즉 복제는 fork()라는 시스템 콜로 실행됨. 부모 프로세스가 직접 복제하는 것처럼 오해할 수 있으나 시스템콜로 생성한다는 말은 운영체제가 복제한다는 뜻임.

자식 프로세스는 fork() 시스템 콜로 생성된 후 메인함수 시작부터 실행되는 것이 아니라 fork() 함수 이후부터 실행 됨.(부모의 PC까지 그대로 복사하기 때문에 부모의 PC는 fork부분을 가리키고 있을 것임)

그럼 부모 프로세스와 자식 프로세스는 어떻게 구분을 하는가?
부모와 자식의 fork return value가 다름
부모 프로세스는 fork의 결과값이 양수이고 자식 프로세스는 fork의 결과값으로 0이 반환됨

🚧 exec() 시스템 콜

A process can execute a different program by the exec() system call.

• replaces the memory image of the caller with a new program.

자식을 생성 한 다음에 완전히 새로운 프로그램으로 덮어씀

🚧 wait() 시스템 콜

프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면

• 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep 시킨다(block 상태)
• Child process가 종료되면 커널은 프로세스A를 깨운다(ready 상태)

🚧 exit() 시스템 콜

자발적 종료

• 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해 종료
• 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 알아서 넣어줌

비자발적 종료

• 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
  • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청을 했을 때
  • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않을 때
• 키보드로 kill, break 등을 친 경우
• 부모가 종료하는 경우
  • 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨

📌 프로세스 간 협력

• 독립적 프로세스(Independent process)
  프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함

• 협력 프로세스(Cooperating process)
  프로세스 협력 매커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음

• 프로세스 간 협력 매커니즘(IPC :Interprocess Communication)

  • 메시지를 전달하는 방법

    • message passing : 커널을 통해 메시지 전달

  • 주소 공간을 공유하는 방법

    • shared memory : 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 매커니즘이 있음

* thread : thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만 동일한 process를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

🚧 Message Passing