프로세스 관리 (Process Management)

운영체제의 핵심 서비스인 프로세스의 개념, 실행 과정, 그리고 메모리 구조에 대한 정리입니다.

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1. 프로세스(Process)의 개념

"프로세스는 실행 중인 프로그램이다."

• 프로그램 (Program): 보조기억장치(HDD/SSD)에 저장된 정적인 데이터 덩어리 (코드).
• 프로세스 (Process): 프로그램을 메모리에 적재하고 CPU를 할당받아 실행되고 있는 동적인 상태.

프로세스의 종류

• 포그라운드 프로세스 (Foreground): 사용자가 볼 수 있는 공간에서 실행되는 프로세스 (예: 웹 브라우저, 워드 프로세서).
• 백그라운드 프로세스 (Background): 사용자가 보지 못하는 뒷단에서 실행되는 프로세스 (예: 데몬, 시스템 서비스).

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2. 프로세스 제어 블록 (PCB, Process Control Block)

CPU 자원은 한정되어 있으므로, 운영체제는 여러 프로세스가 차례대로 CPU를 이용하도록 관리해야 합니다. 이를 위해 프로세스 제어 블록(PCB)이라는 자료구조를 사용합니다.

• 역할: 프로세스와 관련된 정보를 저장하며, 커널 영역에 생성됩니다.
• 작동: 타이머 인터럽트가 발생하면 현재 작업을 PCB에 저장하고 CPU를 양보합니다.

PCB에 저장되는 주요 정보

1. 프로세스 ID (PID): 특정 프로세스를 식별하기 위한 고유 번호.
2. 레지스터 값: 다음 차례에 작업을 이어가기 위해 저장하는 PC(프로그램 카운터) 등의 레지스터 중간값.
3. 프로세스 상태: 현재 프로세스의 상태 (생성, 준비, 실행, 대기, 종료).
4. CPU 스케줄링 정보: 언제, 어떤 순서로 CPU를 할당받을지에 대한 우선순위 정보.
5. 메모리 관리 정보: 프로세스가 저장된 메모리 주소 정보 (베이스 레지스터, 한계 레지스터 등).

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3. 문맥 교환 (Context Switching)

• 문맥 (Context): 프로세스 실행을 재개하기 위해 기억해야 할 정보 (PCB에 저장된 내용).
• 문맥 교환: 하나의 프로세스에서 다른 프로세스로 CPU 제어권이 넘어갈 때, 기존 프로세스의 문맥을 백업하고 새로운 프로세스의 문맥을 복구하는 과정입니다.

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4. 프로세스의 메모리 영역

프로세스가 생성되면 커널 영역에는 PCB가 생성되고, 사용자 영역에는 프로세스 코드가 4가지 영역으로 나뉘어 배치됩니다.

영역	할당	설명	특징
코드 영역 (Code/Text)	정적 할당	실행할 기계어 명령어가 저장되는 공간	읽기 전용 (Read-Only), 쓰기 금지
데이터 영역 (Data)	정적 할당	프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터	전역 변수(Global Variable), 정적 변수 등 저장
힙 영역 (Heap)	동적 할당	프로그래머가 직접 할당/해제하는 공간	다 쓴 메모리는 반드시 반환해야 함 (메모리 누수 방지)
스택 영역 (Stack)	동적 할당	데이터를 일시적으로 저장하는 공간	함수의 매개변수, 지역변수 등 (함수 종료 시 소멸)

• 정적 할당 영역: 크기가 고정된 영역 (코드, 데이터)
• 동적 할당 영역: 실행 과정에서 크기가 변할 수 있는 영역 (힙, 스택)