프로세스(process), 스레드(thread)

Groot·2022년 10월 12일

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🌱 난 오늘 무엇을 공부했을까?

📌 프로세스

📍 Process란?

프로세스(process)란 단순히 실행 중인 프로그램(program)이라고 할 수 있습니다.
즉, 사용자가 작성한 프로그램이 운영체제에 의해 메모리 공간을 할당받아 실행 중인 것을 말합니다.
프로그램이 메모리에 로드되어 프로세스가 되면 스택, 힙, 텍스트 및 데이터의 네 부분으로 나눌 수 있습니다. 다음 이미지는 메인 메모리 내부 프로세스의 단순화된 레이아웃을 보여줍니다

Stack
프로세스 스택에는 메서드/함수 매개변수, 반환 주소 및 지역 변수와 같은 임시 데이터가 포함됩니다.

Heap
런타임 동안 프로세스에 동적으로 할당된 메모리입니다.

Text
여기에는 Program Counter 값과 프로세서 레지스터의 내용이 나타내는 현재 활동이 포함됩니다.

Data
이 섹션에는 전역 및 정적 변수가 포함되어 있습니다.

📍 Process Life Cycle

Start
프로세스가 처음 시작/생성될 때의 초기 상태.

Ready
프로세스가 프로세서에 할당되기를 기다리는 상태. 프로세스는 시작 상태 이후 또는 실행 중에 이 상태가 될 수 있지만 스케줄러에 의해 인터럽트되어 CPU를 다른 프로세스에 할당할 수 있습니다.

Running
OS 스케줄러에 의해 프로세스가 프로세서에 할당되면 프로세스 상태는 실행 중으로 설정되고 프로세서는 명령을 실행합니다.

Waiting
프로세스는 사용자 입력을 기다리거나 파일을 사용할 수 있을 때까지 기다리는 것과 같이 리소스를 기다려야 하는 경우 대기 상태로 이동합니다.

Terminated or Exit
프로세스가 실행을 완료하거나 운영 체제에 의해 종료되면 종료된 상태로 이동하여 주 메모리에서 제거되기를 기다립니다.

📍 Process Control Block (PCB)

프로세스 제어 블록은 모든 프로세스에 대해 운영 체제에서 유지 관리하는 데이터 구조입니다.
PCB는 프로세스 수명 내내 유지되며 프로세스가 종료되면 삭제됩니다.

📍 Process Scheduling

프로세스 스케줄링은 CPU에서 실행 중인 프로세스를 제거하고 특정 전략을 기반으로 다른 프로세스를 선택하는 프로세스 관리자의 활동입니다.
프로세스 스케줄링은 다중 프로그래밍 운영 체제의 필수적인 부분입니다.
이러한 운영 체제는 한 번에 둘 이상의 프로세스를 실행 가능한 메모리에 로드할 수 있으며 로드된 프로세스는 시간 다중화를 사용하여 CPU를 공유합니다.

🔗 Non-preemptive(동기 처리?)

여기서 프로세스가 실행을 완료할 때까지 프로세스에서 리소스를 가져올 수 없습니다.
리소스 전환은 실행 중인 프로세스가 종료되고 대기 상태로 이동할 때 발생합니다.

🔗 Preemptive(비동기 처리?)

여기서 OS는 고정된 시간 동안 프로세스에 리소스를 할당합니다.
자원 할당 동안 프로세스는 실행 상태에서 준비 상태로 또는 대기 상태에서 준비 상태로 전환됩니다.
이 전환은 CPU가 다른 프로세스에 우선 순위를 부여하고 우선 순위가 더 높은 프로세스를 실행 중인 프로세스로 대체할 수 있기 때문에 발생합니다.

🔗 Schedulers

스케줄러는 다양한 방식으로 프로세스 스케줄링을 처리하는 특수 시스템 소프트웨어입니다.
그들의 주요 임무는 시스템에 제출할 작업을 선택하고 실행할 프로세스를 결정하는 것입니다.
스케줄러에는 세 가지 유형이 있습니다.
- Long-Term Scheduler
- Short-Term Scheduler
- Medium-Term Scheduler
- 자세한 내용

🔗 Context Switching

컨텍스트 스위칭은 프로세스 제어 블록에 CPU의 상태 또는 컨텍스트를 저장하고 복원하여 나중에 같은 지점에서 프로세스 실행을 재개할 수 있도록 하는 메커니즘입니다.
이 기술을 사용하면 컨텍스트 스위처를 통해 여러 프로세스가 단일 CPU를 공유할 수 있습니다.
컨텍스트 스위칭은 멀티태스킹 운영 체제 기능의 필수적인 부분입니다.
스케줄러가 CPU를 한 프로세스 실행에서 다른 프로세스 실행으로 전환하면 현재 실행 중인 프로세스의 상태가 프로세스 제어 블록에 저장됩니다.
그 후, 다음에 실행할 프로세스의 상태는 자체 PCB에서 로드되어 PC, 레지스터 등을 설정하는 데 사용됩니다. 이 시점에서 두 번째 프로세스가 실행을 시작할 수 있습니다.
프로세스가 전환되면 다음 정보가 나중에 사용하기 위해 저장하는 정보 목록
- Program Counter
- Scheduling information
- Base and limit register value
- Currently used register
- Changed State
- I/O State information
- Accounting information

🔗 Scheduling algorithms

🤔 non-preemptive, preemptive algorithm

First Come First Serve (FCFS)
- 작업은 선착순으로 실행
Shortest Job Next (SJN)
- 가장 짧은 작업 우선 또는 SJF

🤔 non-preemptive algorithm

Priority Based Scheduling
- 각 프로세스에는 우선 순위가 지정됩니다. 우선 순위가 가장 높은 프로세스가 먼저 실행되는 식입니다.
- 우선 순위는 메모리 요구 사항, 시간 요구 사항 또는 기타 리소스 요구 사항에 따라 결정할 수 있습니다.

🤔 preemptive algorithm

Shortest Remaining Time
- 최단 잔여 시간(SRT)은 SJN 알고리즘의 선점 버전입니다.
- 프로세서는 완료에 가장 가까운 작업에 할당되지만 완료 시간이 더 짧은 새로운 준비 작업에 의해 선점될 수 있습니다.
Round Robin Scheduling
- 각 프로세스에는 실행할 고정 시간이 제공되며 이를 퀀텀이라고 합니다.
- 주어진 시간 동안 프로세스가 실행되면 해당 프로세스가 선점되고 지정된 시간 동안 다른 프로세스가 실행됩니다.

🤔 Multiple-Level Queues Scheduling

다중 레벨 큐는 독립적인 스케줄링 알고리즘이 아닙니다.
다른 기존 알고리즘을 사용하여 공통 특성을 가진 작업을 그룹화하고 예약합니다.

📍 Thread란?

스레드(thread)란 프로세스(process) 내에서 실제로 작업을 수행하는 주체를 의미합니다.
모든 프로세스에는 한 개 이상의 스레드가 존재하여 작업을 수행합니다.
스레드는 경량 프로세스라고도 합니다.
스레드는 병렬 처리를 통해 애플리케이션 성능을 향상시키는 방법을 제공합니다. 스레드는 오버헤드 스레드를 줄임으로써 운영 체제의 성능을 향상시키는 소프트웨어 접근 방식을 나타냅니다.
다음 그림은 단일 스레드 및 다중 스레드 프로세스의 작동을 보여줍니다.

📍 Difference between Process and Thread

Process	Thread
프로세스가 무겁거나 리소스를 많이 사용합니다.	스레드는 프로세스보다 리소스를 덜 사용하는 경량입니다.
프로세스 전환은 운영 체제와의 상호 작용이 필요합니다.	스레드 전환은 운영 체제와 상호 작용할 필요가 없습니다.
다중 처리 환경에서 각 프로세스는 동일한 코드를 실행하지만 고유한 메모리와 파일 리소스가 있습니다.	모든 스레드는 동일한 열린 파일 집합, 자식 프로세스를 공유할 수 있습니다.
한 프로세스가 차단되면 첫 번째 프로세스가 차단 해제될 때까지 다른 프로세스를 실행할 수 없습니다.	한 스레드가 차단되어 대기하는 동안 동일한 작업의 두 번째 스레드가 실행될 수 있습니다.
스레드를 사용하지 않는 여러 프로세스는 더 많은 리소스를 사용합니다.	다중 스레드 프로세스는 더 적은 리소스를 사용합니다.
여러 프로세스에서 각 프로세스는 다른 프로세스와 독립적으로 작동합니다.	한 스레드는 다른 스레드의 데이터를 읽거나 쓰거나 변경할 수 있습니다.