프로세스 상태와 계층 구조

프로세스는 단순히 실행/정지 상태만 있는 것이 아니라, 운영체제의 효율적인 관리 하에 여러 상태를 오가며 실행됩니다. 또한, 프로세스는 다른 프로세스를 생성하며 계층적인 구조를 형성합니다.

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1. 프로세스 상태 (Process State)

컴퓨터는 여러 프로세스를 빠르게 번갈아 가며 실행합니다. 운영체제는 PCB(프로세스 제어 블록)를 통해 각 프로세스의 현재 상태를 기록하고 관리합니다.

주요 프로세스 상태는 다음과 같습니다.

1. 생성 상태 (New)

• 프로세스가 막 생성되어 메모리에 적재되고, PCB를 할당받은 상태입니다.
• 아직 CPU를 할당받을 준비가 완전히 끝나지 않은 초기 단계입니다.

2. 준비 상태 (Ready)

• 실행에 필요한 준비를 마치고, CPU 할당을 기다리는 상태입니다.
• 자신의 차례가 오면 즉시 실행 상태로 전환될 수 있습니다(Dispatch).

3. 실행 상태 (Running)

• CPU를 할당받아 실행 중인 상태입니다.
• 할당된 시간(Time Slice) 종료 시: 타이머 인터럽트에 의해 다시 준비 상태로 돌아갑니다.
• 입출력 요청 시: 입출력 작업을 위해 대기 상태로 전환됩니다.

4. 대기 상태 (Waiting / Blocked)

• 프로세스 실행 도중 입출력장치 사용이 필요해 입출력 작업이 끝날 때까지 기다리는 상태입니다.
• CPU보다 속도가 느린 입출력장치의 작업이 완료되면(인터럽트 발생), 프로세스는 다시 준비 상태로 이동합니다.

5. 종료 상태 (Terminated)

• 프로세스가 실행을 멈추고 종료된 상태입니다.
• 운영체제는 해당 프로세스의 PCB와 사용하던 메모리 영역을 정리(해제)합니다.
  

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2. 프로세스 계층 구조

프로세스는 실행 도중 시스템 호출(System Call)을 통해 다른 프로세스를 생성할 수 있습니다. 이로 인해 프로세스는 계층적인 트리(Tree) 구조를 형성합니다.

• 부모 프로세스 (Parent Process): 새 프로세스를 생성한 프로세스.
• 자식 프로세스 (Child Process): 부모에 의해 생성된 프로세스.
• 특징:
  • 부모와 자식은 엄연히 다른 프로세스이므로 서로 다른 PID(프로세스 ID)를 가집니다.
  • 자식 프로세스의 PCB에는 부모의 PID인 PPID(Parent PID)가 기록되기도 합니다.

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3. 프로세스 생성 기법 (Fork & Exec)

운영체제는 부모 프로세스가 자식 프로세스를 만들 때 복제와 옷 갈아입기라는 두 가지 단계를 거칩니다.

1. fork() : 복제

• 부모 프로세스는 fork 시스템 호출을 통해 자신의 복사본을 자식 프로세스로 생성합니다.
• 자식 프로세스는 부모의 자원(메모리 내용, 열린 파일 등)을 상속받지만, 별도의 PID를 가진 독립된 프로세스가 됩니다.

2. exec() : 전환

• 복제된 자식 프로세스는 exec 시스템 호출을 통해 새로운 프로그램으로 전환됩니다.
• 메모리 공간을 새로운 프로그램의 코드로 덮어씌워, 부모와는 다른 독자적인 동작을 수행하게 됩니다.