운영체제(4)

• 프로세스 생성

  • 부모 프로세스가 자식 프로세스 생성
  • 프로세스의 트리(계층 구조)형성
  • 프로세스는 자원을 필요로 함
    • 운영체제로 부터 받는다
    • 부모와 공유한다
  • 자원의 공유
    • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
    • 일부를 공유하는 모델
    • 전혀 공유하지 않는 모델
  • 수행
    • 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
    • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성
      • 부모를 그대로 복사(OS data except PID + binary)
      • 주소 공간 할당
    • fork 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림

• 프로세스 종료 (Process Termination)

  • 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌(exit)
    • 자식이 부모에게 output data를 보냄(via wait)
    • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨
  • 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴 (abort)
    • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
    • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
    • 부모가 종료(exit)하는 경우
      • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다
      • 단계적인 종료

• fork() 시스템 콜

  

  • A process is created by the fork() system call
    - creates a new address space that is a duplicate of the caller
    - 부모, 자식 프로세스가 하는 일이 다를 수 있다라는 설명

    

  • 자식 프로세스는 가장 맨 위 printf를 출력하지 않고, 아래 자식 프로세스의 printf를 실행한다

• 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.
    - execlp를 실행한다면 이전의 프로그램으로 돌아올 수 없다.
    - bin/data로 살아야한다는 의미

    

  • printf(”2”);는 영원히 실행이 안된다!

• Wait() 시스템 콜

  • 프로세스 A가 wait 시스템 콜을 호출하면
    - 커널은 child가 종료될 때 까지 프로세스 A를 sleep 시킨다(block 상태)
    - child process 가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다 (ready 상태)

    

  • 부모 프로세스는 wait() system call을 갖기 때문에 sleep상태를 갖게 된다.

    • 자식이 종료될 때 까지 기다린다.

• exit() 시스템 콜

  • 프로세스의 종료
    • 자발적 종료
      • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해
      • 프로그램에 명시적으로 적어두지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어준다
    • 비자발적 종료
      • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
        • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청
        • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
      • 키보드로 kill, break 등을 친 경우
      • 부모가 종료하는 경우
        • 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨

• 프로세스와 관련한 시스템 콜

  

• 프로세스 간 협력

  • 독립적 프로세스 (Independent process)

    • 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함

  • 협력 프로세스 (Cooperating process)

    • 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음

  • 프로세스 간 협력 메커니즘 (IPC: Interprocess Communication)

    

    • 메시지를 전달하는 방법
      • message passing: 커널을 통해 메시지 전달
    • 주소 공간을 공유하는 방법
      • shared memory: 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음
      • thread: thread는 사실상 하나의 프로세스 이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만 동일한 process를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

• Message Passing

  • Message system
    • 프로세스 사이에 공유 변수(shared variable)을 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템
  • Direct Communication
    • 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
  • Indirect Communication
    • mailbox (또는 port)를 통해 메시지를 간접 전달

• CPU and I/O Bursts in Program Execution

  

  • I/O Burst가 끼어든다
  • 프로그램의 종료에 따라선 빈도와 길이가 다르다

• CPU-burst Time의 분포

  

  • 여러 종류의 job(=process)이 섞여 있기 때문에 CPU 스케줄링이 필요하다
    • Interactive job에게 적절한 response 제공 요망
    • CPU/와 I/O 장치 등 시스템 자원을 골고루 효율적으로 사용
    • job의 종류가 섞여있다는 것을 보여주는 그래프
    • I/O bound job
      • 사람과 계속 인터렉션을 하는 job
        • 가능하면 사람과 interaction을 하는 job에게 CPU를 우선적으로 준다는 것이 스케줄링의 주요한 필요성

• 프로세스의 특성 분류

  • 프로세스는 그 특성에 따라 다음 두 가지로 나눔
    • I/O bound process
      • CPU를 잡고 계산하는 시간보다 I/O에 많은 시간이 필요한 job
      • (many short CPU bursts)
    • CPU-bound process
      • 계산 위주의 job
      • (few very long CPU bursts)

• CPU Scheduler & Dispatcher

  • CPU Scheduler
    • Ready 상태의 프로세스 중에서 이번에 CPU를 줄 프로세스를 고른다
  • Dispatcher
    • CPU의 제어권을 CPU scheduler에 의해 선택된 프로세스에게 넘긴다
    • 이 과정을 context switch(문맥 교환)라고 한다
  • CPU 스케줄링이 필요한 경우는 프로세스에게 다음과 같은 상태 변화가 있는 경우이다

• 출처: http://www.kocw.or.kr/home/cview.do?mty=p&kemId=1046323