✏️ 프로세스의 개념
- 프로세스의 문맥 (context)
- CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
- PC (Program Counter)
- 각종 register
- 프로세스의 주소 공간
- 프로세스 관련 커널 자료 구조
- PCB (Process Control Block)
- Kernel stack
✏️ 프로세스의 상태
프로세스는 상태가 변경되며 수행된다
-
Running
- CPU를 잡고 instruction 수행중인 상태
-
Ready
- CPU를 기다리는 상태 (메모리 등 다른 조건은 모두 만족)
-
Blocked (wait, sleep)
- CPU를 주어도 당장 instruction 수행할 수 없는 상태
- Process 자신이 요청한 event (ex. I/O)가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태
- ex. disk에서 file 읽어와야 하는 경우
- 자신이 요청한 event 만족되면 Ready
-
Suspended (stopped)
- 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
- 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 됨
- ex. 사용자가 프로그램을 일시정지시킨 경우 (break key)
- ex. 시스템이 여러 이유로 프로세스르르 잠시 중단시킴 (메모리에 너무 많은 프로세스가 올라와 있을 때)
- Medium-term scheduler에 의해 메모리에서 쫓겨남
- 외부에서 resume 해줘야 Active
- New : 프로세스가 생성중인 상태
- Terminated : 수행(execution)이 끝난 상태
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✏️ Process Control Block (PCB)
운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보
- 1️⃣ OS가 관리상 사용하는 정보
- Process state
- Process ID
- Scheduling information
- Priority
- 2️⃣ CPU 수행 관련 하드웨어 값
- Program Counter
- Registers
- 3️⃣ 메모리 관련
- 4️⃣ 파일 관련
- Open file descriptors
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✏️ 문맥 교환 (Context Switch)
CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정
- CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행
- CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
- CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어옴
- System call이나 Interrupt 발생시 반드시 Context switch가 일어나는 것은 아님
- System call/Interrupt : Process → OS
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- (1)의 경우에도 CPU 수행 정보 등 context의 일부를 PCB에 저장해아 하지만 문맥 교환을 하는 (2)의 경우 그 부담이 훨씬 큼 (ex. cache memory flush)
✏️ 프로세스를 스케쥴링하기 위한 큐
- Job queue
- Ready queue
- 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합
- Device queue
- I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합
- 프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행됨
- RQ, DQ에 있는 것들 : JQ에 다 있음
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✏️ 스케쥴러 (Scheduler)
- Long-term scheduler (장기 스케쥴러 or job scheduler)
- 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정
- 프로세스에 memory(및 각종 자원)을 주는 문제
- degree of Multiprogramming 제어
- time sharing system에는 보통 장기 스케쥴러가 없음
- Short-term scheduler (단기 스케쥴러 or CPU scheduler)
- 어떤 프로세스를 다음 번에 running시킬지 결정
- 프로세스에 CPU를 주는 문제
- 충분히 빨라야 함 (millisecond 단위)
- Medium-term scheduler (중기 스케쥴러 or Swapper)
- 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통채로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
- 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
- degree of Multiprogramming 제어
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✏️ Thread (lightweight process)
a basic unit of CPU utilization
Process 내부에 CPU 수행 단위가 여러 개 있는 경우
- Thread의 구성
- program counter
- register set
- stack space
- Thread가 동료 thread와 공유하는 부분 (=task)
- code section
- data section
- OS resources
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- 전통적인 개념의 heavyweight process는 하나의 thread를 가지고 있는 task로 볼 수 있음
- 다중 thread로 구성된 task 구조에서는 하나의 서버 thread가 blocked(waiting) 상태인 동안에도 동일한 task내의 다른 thread가 실행(running)되어 빠른 처리 가능
- 동일한 일을 수행하는 다중 thread가 협력해 높은 처리율(throughput)과 성능 향상 가능
- (CPU가 여러 개 있는 컴퓨터의 경우에는) thread를 사용하면 병렬성을 높일 수 있음
- 공유할 수 있는 것 최대한 공유, CPU 관련 정보만 각 thread가 별도로 가짐
![](https://velog.velcdn.com/images/hyejuc/post/8b7ee93a-fb0b-4521-9f33-c69876b1c248/image.png)
✏️ Benefits of Treads
- Responsiveness
- ex. multi-threaded Web
- If one thread is blocked (ex. network), another thread continues (ex. display)
- Resource Sharing
- n threads can share binary code, data, resource of the process -> effective !
- Economical
- creating & CPU swithing thread (rather than a process)
- overhead가 작음
- Utilization of MP Architectures
- each thread may be running in parallel on a different processor
✏️ Implementation of Threads
Kernel Threads
- Some are supported by kernel
- Windows 95/98/NT
- Solaris
- Digital UNIX, Mach
- Thread가 여러 개인 것 OS kernel이 알고 있음
- Thread → Trhead : kernel이 넘겨줌
User Threads
- Others are supported by library
- POSIX Pthreads
- Mach C-threads
- Solaris threads
- Thread가 여러 개인 것 OS kernel이 모름
- Thread → Trhead : user program이 스스로 관리
Real-time threads
참고자료
KOCW, 반효경 교수님, 운영체제