4.1 프로세스 생성

• 부모 프로세스(Parent process)가 자식 프로세스(children process)를 생성
• 자식 프로세스를 생성하기 위해선 운영체제에게 요청을 보내야 하며, 요청 받은 운영체제는 부모 프로세스를 복제해서 자식을 생성함
• 프로세스의 트리(계층 구조) 형성

• 프로세스 자원

  • 프로세스는 자원을 필요로 하는데 자원 받는 방식으 두 가지가 있다.
    • 운영체제로부터 받는다
    • 부모와 공유한다

• 자원의 공유

  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부를 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델 (일반적)

• 수행 (Execution)

  • 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

• Unix 예시

  • 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

  • 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 더이상 수행되도록 두지 않는다
      • 단계적인 종료

프로세스와 관련한 시스템 콜

1. fork() 시스템 콜

프로세스는 이 fork() 시스템 콜에 의해 생성된다.

• 이때, 자식 프로세스가 생성될 경우, 자식 프로세스는 부모 프로세스의 복제본 형태로 생성된다. 즉, 같은 코드를 가지게 된다. 그래서 다음과 같은 프로그램에서 자식 프로세스가 생성된다면 두 프로세스 모두 같은 PC(Program counter)를 갖고 같은 명령을 이후에 실행하게 될 것이다.
• 비록 fork()에 의해 생성되는 자식 프로세스가 부모 프로세스와 같은 코드를 가지게 되지만, 부모와 자식을 구분할 수 있도록 해준다. fork() 반환값에 따라 양수면 부모, 0이면 자식 프로세스로 구분할 수 있다.
  

2. exec() 시스템 콜

이 함수는 프로세스가 다른 프로그램으로 덮어씌울 수 있도록 한다. 즉 기존 데이터를 모두 버리고 아예 새로운 프로그램으로 새출발할 수 있도록 하는 것이다. 이 함수를 통해 자식 프로세스는 부모 프로세스와 다른 프로그램을 수행할 수 있게 된다. exec()는 프로그램 이름(두번 적음)과 argument를 파라미터로 받는다.

3. wait() 시스템 콜

프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep시킨다(block 상태). Child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다 (Ready 상태).

4. exit() 시스템 콜

이 함수는 프로세스가 종료될 때 호출된다.

• 자발적 종료
  • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 호출
  • 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
• 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

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 수행의 영향을 미칠 수 있음

• 프로세스 간 협력 메커니즘 (IPC: interprocess communication)

  • 프로세스 간 메시지 전달 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
    • shared memory를 사용하기 위해선 shared memory 사용하겠다는 시스템 콜을 운영체제에게 먼저 알리고, 운영체제가 물리적 메모리가 공유되게끔 매핑한 이후에 shared memory가 구현되는 것임
      
  • thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 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)를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템. 항상 커널을 통해 메시지를 전달함!

• Direct communication

  • 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
    

• indirect communication

  • mailbox(또는 Port)를 통해 메시지를 간접 전달
  • mailbox/port로 온 메시지를 꺼내는 프로세스가 여럿 존재할 수 있는 방식