[운영체제] 프로세스

프로세스의 개념

Process is a program in execution

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 (본인이 할 수 없는 일을 커널에 넘기는 것)

프로세스의 상태 (Process State)

프로세스는 상태(state)가 변경되며 수행된다.

Running

• CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태

Ready

• CPU를 기다리고 있는 상태(메모리 등 다른 조건을 모두 만족하고)

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
• 예) 디스크에서 file을 읽어와야 하는 경우

Suspended(stopped)

• 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
• 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다
• 예) 사용자가 프로그램을 일시 정지시킨 경우 (break key) 시스템이 여러 이유로 프로세스를 잠시 중단시킴 (메모리에 너무 많은 프로세스가 올라와 있을 때;medium-term scheduler)

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

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

프로세스의 상태도

프로세스의 상태

Process Control Block(PCB)

PCB

• 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보
• 다음의 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
• CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행
  • CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
  • CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어옴

• System call(프로세스가 본인이 필요할 때 하드웨어를 부르는 것)이나 Interrupt 발생시 반드시 context switch가 일어나는 것은 아님

timer interrupt의 경우 CPU를 넘겨야 하는 interrupt

(1)의 경우에도 CPU 수행 정보 등 context의 일부를 PCB에 save해야 하지만 문맥교환을 하는 (2)의 경우 그 부담이 훨씬 큼 (eg. cache memory flush)

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 queues
  • I/O devices의 처리를 기다리는 프로세스의 집합
• 프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행된다.

Ready Queue와 다양한 Device Queue

프로세스 스케줄링 큐의 모습

스케줄러 (Scheduler)

순서를 정해준다. 다음에 무슨일을 하고,, 뭘 하고,,

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 Multiprogramming을 제어 (메모리에 올라가 있는 프로세스의 수를 제어)
• time sharing system(보통 우리가 쓰는 시스템)에는 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 (millisecond 단위)

Medium-Term Scheduler (중기 스케줄러 or Swapper)

• 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
• 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
• degree of Multiprogramming을 제어 (메모리에 올라가 있는 프로세스의 수 제어)
• 현재 우리가 사용하는 시스템이 스케줄링하는 방식

CPU에 올라가 있는 프로세스와 메모리에 있는 프로세스 제어하는 방식들