KOCW에 공개된 이화여대 반효경 교수님 운영체제 강의를 수강 후 정리한 내용입니다.

1. 프로세스 생성 (Process creation)

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• 부모 프로세스(parent process)가 자식 프로세스(child process)를 생성
  • 주로 운영체제를 통해서 복제해 생성함
  • 부모 프로세스의 주소 공간을 자식은 그대로 복사 (OS data와 자원을 복사)
  • 자식은 복제된 공간에 새로운 프로그램을 올림
  • 유닉스의 예
    • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성: 부모를 그대로 복사하고 주소 공간 할당
    • fork 다음에 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림
• 프로세스의 트리(계층 구조) 형성
• 프로세스는 자원을 필요로 함
  • 운영체제로부터 받고 부모와 공유함
• 자원의 공유
  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델: 처음부터 복제하는 것이 아니라 부모와 메모리 주소를 공유할 수 있는 것은 공유한 뒤 내용이 달라지면 복제 실행 (Copy-on-Write, COW)
  • 일부를 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델
  • 원칙적으로는 자원을 공유하지는 않음
• 수행 (Execution)
  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료될 때(terminated)까지 부모가 기다리는(wait) 모델

2. 프로세스 종료 (Process Termination)

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• 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌(exit 시스템콜)
  • 자연적으로 프로세스가 종료될 때
  • 자식이 부모에게 output data를 보냄 (wait 시스템콜을 통해)
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨
• 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴 (abort 시스템콜)
  • 강제적으로 프로세스가 종료될 때
  • 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 않음
    • 단계적으로 종료함

3. 프로세스와 관련한 시스템 콜

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1. fork() create a child (copy)
2. exec() overlay new image
3. wait() sleep until child is done
4. exit() frees all the resources, notify parent

1. fork() 시스템 콜

• fork를 통해 자식 프로세스가 만들어지고 나면 자식 프로세스는 main의 첫 부분부터 시작하는 것이 아니라 if문부터 시작하게 됨
  • 이유: 부모의 context를 그대로 복사해오기 때문
    • fork가 실행되면 부모 프로세스의 PC의 값은 if문을 가리키고 있게 됨. 따라서 자식 프로세스의 PC 값도 if문을 가리키고 있게 되므로 자식 프로세스는 if문부터 실행하게 되는 것
• 발생하는 문제점
  • 자식 프로세스가 복제본이 아닌 원본이라고 주장하고 부모 프로세스를 복사본으로 취급
  • 부모 프로세스와 같은 프로세스가 만들어졌을 때 프로세스 로직이 모두 같아짐
• 복제를 통해 자식 프로세스를 만들면 자식과 부모를 구분해야 함
  • fork의 return value를 통해 구분
  • 부모 프로세스는 return value가 양수, 자식 프로스세는 return value가 0

2. exec() 시스템 콜

• 프로그램을 새로운 프로세스로 태어나게 하는 역할을 함
• execlp() 함수가 exec 역할을 수행
• exec를 하게 되면 새로운 프로그램의 main 함수 시작 부분부터 실행
• 자식 프로세스를 만들지 않더라도 exec 실행 가능
• exec 이후에 나오는 코드는 실행하지 못함

3. wait() 시스템 콜

• 프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면
  • 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep 시킴 (block 상태)
  • child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨움 (ready 상태)
• 자식이 종료될 때까지 기다리는 시스템 콜

4. exit() 시스템 콜

• 프로그램을 종료시킬 때 호출
• 자발적 종료
  • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러에 넣어줌
• 비자발적 종료
  • 부모 프로세스가 자식 프로세를 강제로 종료시킬 때
    • 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

5. 프로세스 간 협력

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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)

1. 메시지를 전달하는 방법

• message passing: 사용자 프로세스끼리 메시지를 전달할 수 없기 때문에 커널을 통해 메시지 전달
  
  • 프로세스 사이에 공유 변수(shared variale)를 사용하지 않고 통신하는 시스템
  • direct communication: 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
    
  • indirect communicaion: mailbox(port)를 통해 메시지를 간접 전달
    

2. 주소 공간을 공유하는 방법

• shared memory: 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음
  
  • 커널에게 shared memory를 요청하는 과정을 제외하고는 커널 개입이 없음
• thread: 사실 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기 어렵지만 동일한 process를 구성하는 thread들간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

Chapter 4 끝!!!
게시물에 사용된 사진은 강의 내용을 캡쳐한 것입니다.