📌 PCB
1.1 PCB란?
Process Control Block으로 운영체제가 프로세스를 제어하기 위해 정보를 저장하는 공간으로 프로세스의 상태 정보를 저장합니다. PCB는 프로세스 상태 관리와 Context Switching에 있어서 필수입니다.
이러한 PCB는 프로세스 생성 시 만들어지며 메모리에 저장됩니다. 프로세스가 생성될 때마다 고유의 PCB 가 생성되며, 프로세스가 완료되면 PCB는 제거됩니다.
1.2 PCB 구조
(1) Process ID : 프로세스를 구분하는 ID
(2) Process State : 각 State 들의 상태를 저장
(3) Program Counter : 다음 Instruction 의 주소를 저장하는 카운터. CPU는 이 값을 통해 Process 의 Instruction 을 수행
(4) Register : Accumulator, CPU Register, General Register 등을 포함
(5) CPU Scheduling Information : 우선 순위, 최종 실행시간, CPU 점유시간 등이 포함
(6) Memory Information : 해당 프로세스 주소공간(lower bound ~ upper bound) 정보를 저장.
(7) Process Information(페이지 테이블, 스케줄링 큐 포인터, 소유자, 부모 등)
(8) Device I/O Status(프로세스에 할당된 입출력 장치 목록, 열린 팔린 목록 등)
(9) Pointer : 부모/자식 프로세스에 대한 포인터, 자원에 대한 포인터 등
(10) Open File List : 프로세스를 위해 열려있는 파일의 리스트
📌 Context Switching
2.1 Context Switching이란?
말 그대로 Context를 교환하는 것을 말합니다.
여기서 Context란 PCB에 포함되는 것들 중에서 실행 상태 정보를 특별히 가리키는 용어입니다. Context에는 프로세스나 스레드가 실행되는 데 필요한 정보들이 포함됩니다. 프로그램 카운터, 레지스터 값, 스택 포인터 등이 Context에 포함될 수 있습니다.
다시 본론으로 들어가 Context Switching이란 CPU가 현재 실행하고 있는 Task의 상태를 저장하고, 다음 진행할 Task의 상태 및 Register 값들에 대한 Context를 읽어 새로운 Task의 Context 정보로 교체하는 과정입니다. 즉 CPU가 이전의 프로세스 상태를 PCB에 보관하고, 또 다른 프로세스의 정보를 PCB에서 읽어서 레지스터에 적재하는 과정을 말한다.
이러한 Context Switching은 다중 프로세스 또는 다중 스레드 환경에서 CPU의 활용도를 높이고, 동시에 여러 프로세스나 스레드가 실행될 수 있도록 합니다.
2.2 Context Switching 과정
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Process P1이 실행되는 도중 인터럽트나 시스템 콜이 발생합니다.
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PCB1에 P1의 정보를 저장하고 PCB2의 상태를 불러옵니다.
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Process P2를 실행합니다.
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P2가 실행되는 도중 인터럽트나 시스템 콜이 발생합니다.
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PCB2에 P2의 정보를 저장하고 PCB1의 상태를 불러옵니다.
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Process P1을 실행합니다.
👉🏻 프로세스가 바뀌는 과정을 Context Switching이라고 하며, 이 과정에서 프로세스가 실행되기 전까지의 기다리는 시간, 메모리를 오버헤드라고 합니다.
참고
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