그림으로 쉽게 배우는 운영체제 - 섹션1 프로세스와 쓰레드

섹션1 프로세스와 쓰레드

프로그램이란? 저장장치에 저장된 명령문의 집합체

프로세스란? RAM에 올라와서 실행중인 프로그램

프로세스의 구조

• code - 자신을 실행하는 코드
• data - 전역변수, static 변수
• heap - 프로그래머가 런타임시 메모리를 동적할당
• stack - 지역변수, 함수 호출시 필요한 정보들(매개변수, 돌아갈 주소 등…)

컴파일 과정

• test.c
• 전처리기 - 치환, 파일불러오기
• test.i
• 컴파일러 - 어셈블리어로 변환
• test.s
• 어셈블러 - 기계어로 변환
• test.o
• 링커 - 라이브러리, 다른 소스코드 연결
• test.exe

멀티프로그래밍과 멀티프로세싱

• 멀티프로그래밍 - 메모리에 여러 프로세스가 올라옴 (메모리 관점)
• 멀티프로그래밍 - CPU가 여러 프로세스를 시분할 처리함 (CPU 관점)
• 스와핑 - 메모리와 저장장치의 프로세스 교환

PCB

• 프로세스의 상태를 저장하고있는 Process Control Block
• PCB끼리 연결리스트로 연결되어있다
  • 프로세스가 종료되면, 연결리스트에서 해당 PCB 제거
• 구성
  • 포인터
    • 부모와 자식 프로세스
    • 프로세스 간 전환에 이용
  • 프로세스 상태
    • 프로세스의 5가지 상태 - 생성, 준비, 실행, 대기, 완료
  • 프로세스 ID
    • 프로세스 식별용 숫자
  • 프로그램 카운터
    • 다음에 실행될 명령어의 주소
  • 레지스터 정보
    • 가장 최근 레지스터 값들 저장
  • 메모리 관련 정보
    • 프로세스 위치 정보
    • 메모리 침범을 막기 위한 경계레지스터 값
  • CPU 스케줄링 정보
    • 우선순위, 최종 실행시간, CPU 점유시간
  • 등…
• 프로세스 상태 - 시분할 처리를 위한
  • 생성 - 메모리 적재를 요청한 상태
    • 생성 → 준비
  • 준비 - 메모리 적재 후 CPU 사용을 위해 기다리는 상태 (CPU 스케줄링)
    • 차례가 오면 실행 상태로 전환
  • 대기 - 입출력 대기중 (그동안 CPU는 다른 프로세스 실행)
    • 입출력 완료되면 준비상태로 전환하고 순서 기다림
  • 실행 - 준비 상태의 프로세스가 CPU를 할당받아 실행됨 (CPU의 개수만큼)
    • 시간이 지나면 강제로 CPU 스케줄러에 의해 준비로 전환
    • 입출력 필요하면 대기상태로 전환
  • 완료 - 프로세스가 종료된 상태
    • 메모리에서 제거, PCB 제거
    • 실행 → 완료

컨텍스트 스위칭

• 다른 프로세스로 전환을 위해 현재 실행중인 프로세스의 상태를 PCB에 저장하고, 다른 프로세스의 상태값으로 교체하는 작업
• 발생 이유
  • CPU 점유시간이 다됨
  • IO 요청
  • 다른 종류의 인터럽트

프로세스 생성 과정

• 컴퓨터가 부팅되고, 0번 프로세스 최초 실행
• 나머지 모든 프로세스들은 새로 생성하지 않고, 0번 프로세스를 복사하여 사용
  • 생성보다 복사가 속도가 더 빠르다
  • fork()로 복사
  • 이후 exec()을 사용하여 코드와 데이터 영역을 원하는 값으로 덮어 씌워 사용
  • wait()로 자식프로세스가 끝나길 기다릴 수도 있다
    • 자식 프로세스가 끝남을 알리면, 부모 프로세스가 자식 프로세스를 완전히 없애고 본인이 마저 실행
    • 만약 부모 프로세스가 자식 프로세스보다 먼저 종료되거나,
      자식 프로세스가 비정상적으로 종료돼 exit() 신호를 주지 못해서 ExitStatus를 읽지 못해
      자식 프로세스가 메모리에 계속 살아있는 경우, 좀비 프로세스라고 한다!
      - 이런 메모리 차지는 재부팅으로 메모리 초기화
  • 복사된 프로세스들과는 부모-자식 관계

쓰레드

• 프로세스 - 운영체제가 작업을 처리하는 단위, 각각의 은행 지점
  • 비슷한 프로세스가 너무 많아지면 메모리 차지가 많아짐 (웹브라우저의 탭)
  • 프로세스 간 통신 IPC는 속도가 느리다
  • 프로세스 내에 여러 쓰레드를 만들어서 해결
• 쓰레드 - 프로세스 내에서의 실행 단위?, 은행 지점 하나에 속한 고객 창구 여러 개
  • 한 프로세스 내의 PCB, 코드, 데이터, 힙 영역 등의 자원들을 공유함
  • 스택은 쓰레드마다 하나씩
  • 쓰레드 구분을 위해 쓰레드ID 부여
  • Thread Control Block, TCB 부여
• 프로세스는 서로 독립적이므로, 프로데드에 문제가 생겨도 다른 프로세스들은 영향을 받지 않음
• 쓰레드는 프로세스 내에 존재하기 때문에, 프로세스에 문제가 생기면 내부 쓰레드들도 같이 영향을 받음
• 각각의 프로세스들은 고유한 자원을 가지고있다.
  • 프로세스 간 통신 IPC는 속도가 느리다
    • 공유메모리, 파이프, 소켓
      https://dar0m.tistory.com/233
• 반면 쓰레드는 한 프로세스 내에서 스택 제외하고 모두 공유하기 때문에 속도가 빠름
  • 쓰레드 간 통신은 쉽지만, 쓰레드 동기화 문제가 생길 수 있음

출처 : 인프런, 그림으로 쉽게 배우는 운영체제