CH4. Process Management

프로세스 생성 (Process Creation)

• 부모 프로세스(Parent process)가 자식 프로세스(children process)를 복제 생성한다.

  • Copy-On-Write(COW): 자원을 공유하다가 내용이 바뀌면 그때 copy 발생

• 프로세스의 트리(계층 구조) 형성

• 프로세스는 자원을 필요로 한다

  • 운영체제로부터 받는다.
  • 부모와 공유한다.

• 자원의 공유

  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부를 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델 -> 일반적

• 수행(Execution)

  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료 (terminate)될 때까지 부모가 기다리는(wait) 모델

• 주소 공간(Address space)

  • 자식은 부모의 공간을 복사함 (binary and OS data)
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림

• 유닉스의 예

  • 복제: fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성
    • 부모를 그대로 복사 (OS data except PID + binary)
    • 주소 공간 할당
  • 새로운 프로그램 실행: fork 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올린다.

프로세스 종료 (Process Termination)

• 자발적 종료(exit): 프로세스가 마지막 명령을 수행항 후 운영체제에게 이를 알려줌

  • 자식이 부모에게 output data를 보냄 (via wait)
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨

• 비자발적 종료(abort): 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴

  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
  • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음. 즉, 자식에게 더이상 시킬 일이 없음
  • 부모가 종료(exit)하는 경우
    • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다.
    • 단계적인 종료 (자식->부모 순서)

프로세스의 생성과 관련된 시스템 콜

fork() 시스템 콜

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

fork()의 결과값을 통해 parent process와 child process를 구분할 수 있다

• parent process라면 fork()의 결과값이 양수
• child process라면 fork()의 결과값이 0

exec() 시스템 콜

A process can execute a different program by the exec() system call.
: replaces the memory image of the caller with a new program

wait() 시스템 콜

프로세스A가 wait() 시스템 콜을 호출하면

• 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep시킨다 (block 상태)
• child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다 (ready 상태)
  

exit() 시스템 콜

프로세스의 종료

• 자발적 종료
  : 마지막 statement 수행 수 exit() 시스템 콜을 통해 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
• 비자발적 종료
  - 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시키는 경우
  - 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청
  - 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
  • 키보드로 kill, break 등를 친 경우
  • 부모 프로세스가 종료된 경우
    • 부모 프로세스가 종료되기 전에 자식들이 먼저 종료됨

[Summary]

• 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 못한다.

협력 프로세스(Cooperating process)

프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있다.

프로세스간 협력 메커니즘 (IPC:Interprocess Communication)

프로세스간 협력 메커니즘에는 메세지를 전달하는 방법과 주소 공간을 공유하는 방법, 이렇게 2가지가 있다.

1) Message Passing

Message system: 프로세스 사이에 공유 변수(shared variabl)를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템이다. 커널을 통해 메시지 전달한다.

Message Passing에는 다음과 같은 두 가지 방법이 있다.

(1) Direct Communication
: 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시

(2) Indirect Communication
: mailbox 또는 port(커널에 존재함)를 통해 메시지를 간접적으로 전달

2) Shared Memory

서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있다.

+) thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스간 협력으로 보기 어렵지만 동일한 process를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능하다.