1. 프로세스

• 프로세스(process): 실행 중인 프로그램
  - 프로그램: 동작을 하지 않는 정적·수동적 개체
  - 저장장치에 들어있으며, 프로그램 실행에 필요한 명령어를 담고 있음
  - 프로세스: 동작을 하는 능동적 개체
  - 명령어 이외에도 데이터 등이 담김
  - 프로세스 자체의 사이즈는 프로그램 사이즈보다 큼
  
  
• 운영체제로부터 자원을 할당 받아 동작
  - 자원: CPU, 메모리, 입출력장치, 파일 등
  - CPU 자원을 할당 받아야 동작을 할 수 있음
  - 동작: CPU가 프로세스의 명령을 실행
  
  
• 운영체제(프로세스 관리자)가 처리하는 작업
  • 프로세스를 생성 및 종료
  • 프로세스를 실행시키기 위한 스케줄링 작업
  • 프로세스의 상태 관리

1-1. 프로세스의 구성

프로세스는 메모리 구조와 프로세스 제어 블록의 두 가지로 구성됨

(1) 메모리 구조

• 프로그램 실행에 직접적으로 필요한 코드와 데이터
• 코드 영역
  • 프로그램 자체
• 데이터 영역 : 정적 데이터 영역 + 스택 영역 + 힙 영역
  • 프로그램 실행 시 필요한 데이터
    • 상수나 변수의 값
    • 서브프로그램 호출상태 등

각 영역에 따라 저장되는 데이터의 특징이 다름

• 정적 데이터 영역 : 상수, 전역 변수 등 프로그램 시작부터 끝까지 관리되어야 하는 데이터
• 스택 영역 : 서브 프로그램 호출 시 사용되는 지역변수 등
• 힙 영역 : 동적 변수 사용자가 수동으로 할당하는 것들

(2) 프로세스 제어 블록 (Process Control Block: PCB)

운영체제가 프로세스 하나를 관리하기 위해서는 단순히 코드와 데이터 뿐만이 아니라,
특정 프로세스를 다른 프로세스와 구분해서 처리해줄 또다른 정보가 필요함

• 운영체제가 프로세스를 관리하기 위해 필요한 정보
• 각 프로세스마다 존재
• 여러 프로세스가 번갈아 실행되는 경우 PCB에 저장된 정보 활용

1-2. 프로세스 상태 관리

프로세스 상태

상태	설명
생성	처음 작업이 시스템에 주어진 상태 (PCB를 만들고, 메모리 공간을 할당 받음)
준비	실행 준비가 되어 CPU 할당을 기다리는 상태
실행	프로세스가 처리되는 상태
대기	프로세스가 I/O 작업이 끝날 때까지 또는 특정 자원을 할당받을 때까지 보류되는 상태
종료	프로세스가 더 이상 실행되지 않도록 끝난 상태

프로세스 상태 변화

• 생성 → 준비
  • PCB와 메모리 구조가 준비되면 준비 큐로 들어감
• 준비 → 실행
  • 디스패치 : 특정 프로세스에 CPU를 할당해주는 과정
• 실행 → 준비
  • CPU 할당 시간이 만료된 경우
  • 실행 중인 프로세스 보다 우선순위가 높은 프로세스가 준비 큐에 들어온 경우
• 실행 → 대기
  • CPU 사용 중 입출력, 페이지 변환 등 자원 할당이 필요한 경우 알아서 CPU를 반환
• 대기 → 준비
  • 재개 조건이 만족되면, 다시 준비 큐로 들어감
• 실행 → 종료
  • 더 이상 실행할 부분이 없을 때
  • 실행 중에 치명적인 오류가 발생하여 더 이상 처리 불가할 경우
  • 실행 중에 부모 프로세스가 종료를 지시한 경우

    종료로 가게 되면, 그 프로세스는 더 이상 아무 작업도 할 수 없음

1-3. 부모 프로세스와 자식 프로세스

(1) 프로세스 생성 방법

• 사용자가 프로그램을 직접 실행
• 한 프로세스가 다른 프로세스를 생성
  • 프로세스 생성 시스템 호출 이용
  • 부모 프로세스: 시스템 호출을 하는 프로세스
  • 자식 프로세스: 시스템 호출을 통해 새로 생성된 프로세스

프로세스 생성 시스템 호출

• UNIX, Linux: fork()
  • 자식 프로세스는 부모 프로세스의 복제본
  • PID를 제외한 나머지는 모두 동일 (PC가 가리키는 명령어 주소도 동일)
• UNIX, Linux: exec()
  • 자식 프로세스는 부모 프로세스와는 다른 프로그램 실행
  • PID를 제외한 코드, 데이터, PCB 영역 모두 바뀜
• Windows: CreateProcess()
  • 자식 프로세스는 새로운 프로그램으로 생성

(2) 프로세스 종료 방법

• 프로세스가 모든 처리를 완료(정상적 종료)
• 부모 프로세스에 의해 자식 프로세스가 강제 종료
  • 프로세스 종료 시스템 호출 이용
  • 자식 프로세스 생성시 얻은 자식 PID 이용
• 부모 프로세스가 종료되는 경우 운영체제가 자식 프로세스 종료

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2. 쓰레드

전통적인 프로세스

• 하나의 프로그램을 실행하기 위한 기본적인 단위
• 자원 소유의 단위
  • 하나의 메모리 구조
• 디스패칭의 단위
  • 하나의 제어흐름
• 프로세스 내에서 다중처리 불가능

2-1. 쓰레드 (thread)

• 프로세스 내에서의 다중처리를 위해 제안된 개념
  • 프로세스에서 실행의 개념만 분리한 것
  • 프로세스 안에 여러 개의 PC가 존재 가능
• 하나의 프로그램을 실행하기 위한 기본적인 단위
• 디스패칭의 단위
  • 쓰레드마다 실행 위치가 달라질 수 있음
    • 하나의 프로세스 안에 제어의 흐름이 서로 다른 쓰레드를 여러 개 가질 수 있음
  • cf) 자원 소유의 단위: 프로세스
• 하나의 프로세스 내에는 하나 이상의 쓰레드 존재

• 전통적인 프로세스
  • 하나의 PC로 디스패칭하는 형태
• 쓰레드 있는 프로세스
  • 프로세스 안의 쓰레드가 PC를 별도로 가짐

2-2. 쓰레드와 프로세스

• 쓰레드는 실행에 필요한 최소한의 정보만 가짐
  • PC를 포함한 레지스터 값
  • 상태정보
  • 스택영역
    • 쓰레드마다 실행이 다르므로, 서브 프로그램 호출 과정도 달라질 수 있음
• 나머지 정보는 프로세스에 두고 다른 쓰레드와 공유

다중 쓰레드로 구성된 프로세스

다중 쓰레드 = 멀티 쓰레드

• 멀티 CPU 또는 멀티코어 컴퓨터 시스템
  • 다중 쓰레드를 병렬로 처리 가능
• 처리속도 별로 쓰레드가 나눠진 경우
  • 효율적인 처리 가능