OS - Process 1

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🚀 OS - System Structure & Program Execution 2 에서 이어지는 내용입니다.

🧩 프로세스의 개념

• "프로세스는 실행중인 프로그램을 이야기한다"
• 프로세스의 문맥(context)
  • CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
    • Program Counter
    • 각종 register
  • 프로세스의 주소 공간
    • code, data, stack
  • 프로세스 관련 커널 자료 구조
    • PCB(Process Control Block)
    • kernel stack

프로세스의 문맥(context) 라고 한다면 현재 프로세스가 어떤 상태인지를 나타내는 것이다. 즉 현재 상태를 규명하기 위해 필요한 것들이다. 사람으로 치면 현재 기준 내 키와 몸무게, IQ, 아는 지식정도일 것이다.

프로세스 문맥을 알아야 하는 중요한 이유는 time sharing과 관계가 있다. *하나의 프로세스만이 실행되는것이 아니기 때문에 현재 진행하는 프로세스의 상태를 알고 백업해야하는 데이터를 백업해야 다음에 해당 프로세스가 다시 CPU를 잡았을 때 그 데이터를 기반으로 프로세스를 진행시킬 수 있기 때문이다.

🧩 프로세스의 상태 (process state)

• 프로세스는 상태(state)가 변경되며 수행된다.
  • Running : CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태
  • Ready : CPU를 기다리는 상태(다른 모든 준비는 다 끝나있고)
  • Blocked (wait,sleep) :
    • CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
    • Process 자신이 요청한 event(ex.I/O) 가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태(디스크에서 file을 읽어와야하는 경우 등등)
  • Suspended(stopped): 중기스케줄러때문에 생긴 상태
    • 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
    • 프로세스는 통째로 디스크에서 swap out 된다.
    • ex) 사용자가 프로그램을 일지 정시시킨 경우, 메모리에 너무 많은 프로세스가 올라와 있을 때

New : 프로세스가 생성중인 상태
Terminated : 수행(execution)이 끝난 상태

Blocked : 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready
Suspended : 외부에서 resume해 주어야 Active

보통은 Ready 상태에 있는 프로세스들이 time sharing을 통해 CPU를 잡았다 놓았다 하면서 진행된다.

🧩 Process Control Block(PCB)

• 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보
• 운영체제가 자신의 data부분에 갖고 있음
• 다음 구성 요소를 가진다. (구조체로 유지)
  • (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 descriptors...

🧩 문맥 교환 (Context Switch)

• CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정
• CPU의 문맥들 (레지스터 저장값,program counter값,memory map 값 등등)
• CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행
  • CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장(kernel 데이터부분에서)
  • CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어옴(kernel 데이터부분에서)

여기서 주의해야 할 점은 System call이나 Interrupt 발생 시 반드시 context switch가 일어나는 것은 아니라는 점이다.
위에서 언급한 context switch는 한 프로세스에서 프로세스로 넘어갈 때 이루어지는 것이다. 반면 System call이나 Interrupt가 발생했을 때는 CPU가 사용자 프로그램에서 OS로 넘어가는데, 이것은 context switch가 아니다. 그 후 OS가 CPU를 다른 프로세스로 넘겨주게 되면 그것은 context switch가 맞다.

🧩 프로세스를 스케줄링하기 위한 큐

• Job queue : 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합
• Ready queue : 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합
• Device queue : I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합

프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행된다

🧩 스케줄러(scheduler)

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

  • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정
  • 프로세스에 memory(및 각종 자원)을 주는 문제
  • degree of Multiprogramming(메모리에 여러 프로그램이 올라가는 것)
  • time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음(무조건 ready)

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

  • 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬지 결정
  • 프로세스에 CPU를 주는 문제
  • 충분히 빨라야 함

• Medium-Term Scheduler(중기 스케줄러 or Swapper)

  • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
  • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어