[OS] 3. Process

프로세스의 개념

실행 중인 프로그램

프로세스의 문맥(context)

1. 프로세스가 시작 되면 독자적인 주소 공간 형성

2. 프로세스가 CPU를 잡게 되면 PC가 code의 어느 부분을 가리키게 되고 매 순간 기계어를 하나씩 읽어서 CPU안으로 불러들여 레지스터 안에다가 넣고 연산 장치로 연산 이후 연산된 값을 레지스터 또는 메모리에 저장

3. 이러한 과정을 계속 진행하다 어느 순간 현재 프로세스가 어디까지 와있는가를 규명하기 위한 것이 바로 프로세스 문맥

• CPU 수행 상태를 나태내는 하드웨어 문맥
  • Program Counter
  • 각종 register
• 프로세스의 주소 공간
  • code, data, stack
• 프로세스 관련 커널 자료 구조
  • PCB(Process Control Block)
  • kernel stack

프로세스의 상태(Process State)

프로세스는 상태(state)가 변경되며 수행

1. Running
   • CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태
2. Ready
   • CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른 조건을 모두 만족)
3. Blocked(wait, sleep)
   • CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
   • Process 자신이 요청한 event(예: I/O)가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태
4. Suspended(stoppped)
   • 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
   • 프로세스는 통째로 디스크에 swap out됨

Process Control Block(PCB)

운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보

1. OS가 관리상 사용하는 정보
   • Process state, Process ID
   • scheduling information, priority
2. CPU 수행 관련 하드웨어 값
   • Program counter, registers
3. 메모리 관련
   • Code, data, stack의 위치 정보
4. 파일 관련
   • Open file description

문맥 교환(Context Switch)

CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정

• CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행

  • CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCBdㅔ 저장

  • CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어옴

• context switch는 사용자 프로세스 -> 다른 사용자 프로세스로 넘어갈 때를 의미

• 사용자 프로세스가 운영체제에 프로세스를 넘기는 것은 context switch가 아님

• context switch 시 이전 프로세스의 데이터가 새로운 프로세스에 영향을 미치지 않도록 캐시를 비움 (cache memory flush)

프로세스를 스케쥴링하기 위한 큐

1. Job queue
   • 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합
2. Ready queue
   • 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합
3. Device queues
   • I/OL device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합

스케줄러(Scheduler)

1. Long-term scheduler(장기 스케줄러 or job scheduler)

   • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정
   • 프로세스에 memory를 주는 문제memory를 주는 문제
   • degree of Multiprogramming을 제어 : 메모리에 올라가 있는 프로세스의 수를 제어
   • time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음(무조건 ready)

2. Short-term scheduler(단기 스케줄러 or CPU scheduler)

   • 어떤 프로세스를 다음번에 running 시키질 결정
   • 프로세스에 CPU를 주는 문제
   • 충분히 빨라야함(millisecond 단위)

3. Medium-Term Scheduler(중기 스케줄러 or Swapper)

   • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄

   • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제

   • degree of Multiprogramming을 제어

Thread

프로세스 내부의 CPU 수행 단위

Thread가 독립적으로 가지는 부분

• program counter

• register set

• stack space

Thread가 공유하는 부분(task)

• code section
• data section
• OS resources

Thread 장점

• 응답성(Responsiveness) : 하나의 서버 쓰레드가 blocked 상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 스레드가 실행되어 빠른 처리 가능 (웹서버)

  • backend에서 서버 개발 시 성능에 가장 영향을 많이 끼치는 부분 중 하나가 스레드를 몇 개를 두는 것이 좋은가?이다

• 자원 공유(Resource Sharing) : 동일한 일을 수행하는 다중 스레드가 협력하여 높은 처리율과 성능 향상

• 경제성(Economy) : process 하나 더 만드는 것보다 thread를 하나 더 만드는 것이 overhead가 훨씬 적음

• 병렬성을 높일 수 있음