[운영 체제] Chapter 3 | Process 1

프로세스의 개념

• CPU의 수행 상태를 나타내는 하드웨어의 문맥(context)

  • 현재 시점에 어떤 instruction을 수행하고 있는가?
    • Program Counter가 어디를 가리키고 있는가?
    • register가 어떤 값을 갖고 있었는가?

• 프로세스의 주소 공간 code, data, stack에 무엇을 쌓아두고 있는가?

• 프로세스 관련 커널 구조

  • Process Control Block(PCB) : 관리 시스템
  • Kernel stack : 여러 프로세스들이 별도로 두고 있는 커널 속 주소 공간

프로세스의 상태(Process State)

• 컴퓨터 안의 CPU는 하나 뿐(이라고 가정)

  • Running
    : CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태

  • Ready
    : CPU를 기다리는 상태(메모리는 할당된 상태)

  • Blocked(wait, sleep) → 돌아갈 수 있음(activity)
    : CPU를 얻어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
    : 오래 걸리는 작업을 진행할 때(I/O 작업을 많이 하는)

  • Suspended(stopped) → 저절로 돌아갈 수 없음(nonactivity), 사람이 돌려야!
    : 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태(ctrl+z = break)
    : 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다.

• CPU 안에는 Running 상태에 있는 process가 하나 존재한다.

  • 다 끝나면 Ready queue의 마지막에 들어간다.

• Disk나 keyboard의 I/O queue에 process가 줄을 서면,

  • CPU의 작업이 끝난 후에 Blocked된 상태를 Ready 상태로 변경하여 수행한다.

• 핵심 : data 영역에 자료 구조로 queue를 만들어놓고, Ready 상태에 있는 process는 CPU를 주고 Blocked 상태에 있는 process는 CPU를 주지 않는 방식으로 운영한다.

Process Control Block(PCB)

• 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스 당 유지하는 정보
  1. OS가 관리상 사용하는 정보
     • Process state, Process ID
     • Scheduling Information, priority(선입선출 보다는 우선 순위에 따라 처리함)
  2. CPU 수행 관련 하드웨어 값
     • Program counter, registers
  3. 메모리 관련
     • Code, data, stack의 위치 정보
  4. 파일 관련
     • Open file descriptors...

문맥 교환(Context Switch)

• CPU가 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정이다.

  • 다른 프로세스로 넘어갈 때 커널의 PCB에 저장한다.
  • 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어온다.

• System call이나 Interrupt 발생시 반드시 context switch가 일어나는 것은 아니다.

  • System call은 프로세스가 직접 CPU에게 중단할 것을 요청하는 것이고, 문맥 교환은 다음 프로세스를 사용하기 위해 context의 일부를 PCB에 save하는 과정이다.

Ready Queue와 Device Queue

• Ready Queue에서 대기하고 있다가 PCB를 줄세우는 과정이다.

• 프로그램이 시작되면 ready queue에서 대기한다.
  • CPU를 사용하다가 I/O request와 같은 오래 걸리는 작업이 수행되면 queue에 다시 줄 선다.
  • Interrupt가 발생하면 ready queue로 들어가게 되는 것은 아니다!(오른쪽 아래 오류)

스케줄러(Scheduler)

• Short-term scheduler(단기 스케줄러 or CPU scheduler)

  • 어떤 프로세스를 다음 번에 running시킬지 결정한다.

• Long-term scheduler(장기 스케줄러 or Job scheduler)

  • 프로세스에 memory를 주는 문제를 관리한다.
  • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정한다.
  • degree of Multiprogramming을 제어 : 너무 많아도 너무 적어도 안 된다!
  • 보통은 없음 = 곧바로 메모리로 올려놓는다!

• Medium-term scheduler(중기 스케줄러 or Swapper)

  • 현재의 시스템들은 장기 스케줄러가 없다.
  • 프로그램이 시작되면 무조건 메모리는 주는 대신, 너무 많이 올라갈 때만 조절한다.
  • degree of Multiprogramming을 제어하여 프로그램 성능이 좋아지게 만드는 역할이다.

프로세스 상태도

• User mode에서 Running 되고 있다가 System call이나 interrupt가 들어 오면,

  • 운영 체제의 커널 mode(moniter mode)에서 running하고 있다고 본다.

• Blocked 상태에서 Suspended / Ready 상태에서 Suspended 되었을 때가 다르다.

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• 출처 : [이화여대] 반효경 교수