Process Management

✏️ 프로세스 생성 (Process Creation)

• 부모 프로세스(Parent preocess)가 자식 프로세스(children process) 생성
• 프로세스의 트리 (계층 구조 ) 형성
• 프로세스는 자원을 필요로 함
  • 운영체제로 부터 받는다
  • 부모와 공유한다
• 자원의 공유
  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부를 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델
  • 공유하지 않는 모델이 일반적!
• 수행 (Execution)
  • 부모와 자식이 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료(terminate)될 때까지 부모가 기다리는(wait) 모델
• 주소 공간 (Adress space)
  • 자식은 부모의 공간을 복사 (binary and OS data)
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림
• UNIX의 예
  • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 형성
    • 부모를 그대로 복사 (OS data except PID + binary)
    • 주소 공간 할당
  • fork 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림

• Copy-on-write (COW) : Write가 발생했을 때 Copy를 하겠다

✏️ 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 넘어선 경우
  • 자식에게 할당된 task가 더 이상 필요하지 않은 경우
  • 부모가 종료(exit)하는 경우
    • 운영체제는 부모 프로세스가 종료되는 겨우 자식 프로세스가 더 이상 수행되도록 두지 않음
    • 단계적 종료 (자식이 먼저 종료됨)

✏️ fork() 시스템 콜

• A process is created by the fork() system call
  • creates a new address space that is a duplicate of the caller

int main() {
	int pid;
    pid = fork();
    if (pid == 0) { /*this is child*/
    	printf("\n Hello, I am child!\n");
    }
    else if (pid>0) { /*this is parent*/
    	printf("\n Hello, I am parent! \n");
    }
}

• 자식은 main 함수 시작부터 시행되는 것이 아님
  • fork() 이후부터 시행됨
    • 부모 process의 context (Program Counter)를 복제하기 때문
• return value를 가짐
  • 부모 : 양수
  • 자식 : 0

✏️ exec() 시스템 콜

• A process can execute a different program by the exec() system call'
  • replace the memory image of the caller with a new program

int main() {
	int pid;
    if (pid == 0) {  /*this is child*/
    	printf("\n Hello, I am child! Now I'll run date \n");
        execlp("/bin/date", "/bin/date", (char *) 0);
    }
    else if (pid > 0) {  /*this is parent*/
    	printf("\n Hello, I am parent!\n"):
    }
}   	

• 새로운 프로그램으로 덮어씌움
  • 이후의 코드는 시행되지 않음

✏️ wait() 시스템 콜

• 프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면
  • 커널은 child process가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep 시킴 (block 상태)
  • Child process가 종료되면 커널은 프로레스 A를 깨움 (ready 상태)

✏️ exit() 시스템 콜

• 프로세스의 종료
  • 자발적 종료
    • 마지막 statement 수행 후 exit()시스템 콜을 통해 종료됨
    • 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 return 되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
  • 비자발적 종료
    • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
      • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원을 요청하는 경우
      • 자식에게 할당된 task가 더 이상 필요하지 않은 경우
    • 키보드로 kill, break 등을 친 경우
    • 부모가 종료하는 경우
      • 부모 프로세스가 종료되기 전에 자식들이 먼저 종료됨

✏️ 프로세스와 관련한 시스템 콜

• fork() : create a child (copy)
• exec() : overlay new image
• wait() : sleep until child is done
• exit() : frees all the resources, notify parent

✏️ 프로세스간 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 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음

• 프로세스간 협력 메커니즘 (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 memor 메커니즘이 있음
    • thread : thread는 사실상 하나의 프로레스이므로 프로세스간 협력으로 보기는 어렵지만 동일한 process를 구성하는 thread간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

✏️ Message Passing

• Message system
  • 프로세스 사이에 공유 변수(shared variable)를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템

• Direct Communication
  • 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
    
• Indirect Communication
  • mailbox (또는 port)를 통해 메시지를 간접 전달
    

• Direct, Indirect communication 둘 다 OS 커널을 통해 메시지 전달

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참고자료
KOCW, 반효경 교수님, 운영체제