• 메모리에 다수 프로그램 적재되어 병행 실행
• process: 실행 중인 프로그램
  • program이 메모리에 적재 되면
• sys = 사용자 코드 실행 프로세스 + os 코드 실행 프로세스

3.1 Process Concept

• job 실행 → 사용자 프로그램/task 실행 → 현대
• 이런 모든 활동이 프로세스(job 실행하던 일괄처리에서도 사용자+시스템이니)

3.1.1 The Process

• 프로세스의 현재 상태 → 프로그램 카운터 + 프로세스 레지스터

• 프로세스의 메모리 배치

• text: 실행 코드
• data: 전역 변수
• heap: 프로그램 실행 중 동적 할당 되는 메모리
• stack: 함수 호출 시 임시 데이터 저장 (매개변수, 복귀 주소, 지역변수...)
• activation record 활성화 레코드
  • 함수 매개변수, 지역변수, 복귀주소 포함
  • 스택에 push

3.1.2 Process State

• new: 프로세스 생성 중
• running: 명령어 실행 중
• waiting: 이벤트(입출력 완료, 신호 수신 등) 기다리는 중
• ready: cpu에 할당 기다림
• terminated: 실행 종료

❗cpu에서는 오직 하나의 프로세스만 running 가능

3.1.3 Process Control Block

• PCB Process Control Block 프로세스 제어 블록 = 테스크 제어블록

  • OS에서 PCB에 의해 프로세스 표현
  
  • process state: 앞에서 말한 상태
  • process numbers: PID
  • program counter: 다음에 실행할 명령어 주소 가리킴
  • cpu registers: 인터럽트 발생 시 저장되어야 할 정보 기록 → 다시 똑같은 상태로 복구할 수 있도록
    • accumulator, index register, stack register, general-purpose register, condition code...
  • cpu 스케줄링 정보: 프로세스 우선순위, 스케줄 큐 에 대한 포인터와 매개변수
  • 메모리 관리 정보: base register와 limit register의 값, 페이지 테이블, 세그먼트 테이블 등
  • accounting 정보: 사용시간, 계정 번호, 잡 번호, 프로세스 번호...
  • 입출력 상태 정보: 입출력 장치, 열린 파일 목록 등

3.1.4 Threads

• 단일 스레드 → 워드라는 프로세스가 있다면, 스레드가 하나일 경우 한가지 일만 할 수 있음 → 문자 입력과 동시에 철자 검사 불가능
• 여러 스레드가 병렬 실행
• PCB에 스레드 정보 포함

3.2 Process Scheduling

• 다중 프로그래밍 정도 degree of multiprogramming
  • 현재 메모리에 있는 프로세스 수
• I/O bound process
  • 계산 < I/O 시간
• CPU bound process
  • 계산 > I/O 시간

3.2.1 Scheduling Queue

• 프로세스 실행 → 준비큐 ready Q에서 ready state

• 연결 리스트

  • Q의 헤더에 첫번째 PCB 포인터 → 각 PCB의 pc에 다음 PCB 주소

• 대기 큐 Wait Q

  • 이벤트 발생 기다리는 proc

• 큐잉 다이어그램

  
  • 원: 서비스 제공 자원
  • ready Q에 있다가, CPU에 의해 실행되고, 여러 이벤트 발생 → wait Q → 다시 ready Q로

3.2.2 CPU Scheduling

• CPU 스케줄러: wait Q의 proc중 하나 선택해 cpu 코어에 할당
  • 적어도 100ms 에 한번 실행
• 스와핑 swaping
  • swap out: 실행 중 proc 상태 저장. mem → disk
  • swap in: disk → mem. 상태 복원
  • 메모리가 초과 사용되어 가용공간 확보 필요할 때

3.2.3 Context Switch

• 인터럽트 처리가 끝난 후에 문맥 복구 → 저장 필요
• context → pcb에 표현
  • process state
  • 메모리 관리 정보
• context switch 문맥 교환
  • 프로세스 상태 보관하고, 새 프로세스 상태 복구
  • state save 상태 저장: cpu의 현재 상태 저장
  • state restore 복구 작업: 연산 재개 위해 상태 복구
  • context switch 시간은 오버헤드
  

3.3 Operation on Processes

• proc 병행 실행
• 동적 생성, 제거
• 프로세스 생성 및 종료를 위한 기법 필요

3.3.1 Process Creation

• 프로세스가 새로운 proc 생성

  • 부모 프로세스

  • 자식 프로세스: cpu한테 메모리 할당 받거나, 부모 프로세스꺼 일부 사용

    → 트리 형성

• pid 부여 → index로 관리

3.3.2 Process Teramination

• 종료되면 자원 반납
• 부모는 자식을 강제종료 시킬 수 있음
  • 자식 생성시 pid 부모에게 넘어감
• 연쇄식 종료 cascading termination
  • 부모가 종료되면 자식도 종료되어야 함
  • os가 강요
• 좀비 프로세스
  • 종료 → 자원 반납 but 부모가 wait() 호출 안하면 프로세스 테이블에는 그대로 기록되어있음
• 고아 프로세스
  • 좀비였는데 부모가 wait() 없이 exit() 해버린 경우

⇒ init 프로세스의 자식으로 설정하고, 주기적으로 wait()시행해 청소

안드로이드 프로세스 계층

• 한정된 자원 → 시스템 자원 회수 위해 프로세스 종료
• 중요도 계층 식별해 중요도 낮은 것 부터 회수

1. forground process 전경 프로세스: 사용자 화면에 보이는 프로세스
2. visible process 가시적 프로세스: 전경 프로세스가 참조하는 활동
3. service process 서비스 프로세스: 사용자가 인지하는 백그라운드 (음악 재생....)
4. background process 백그라운드 프로세스: 활동 수행 but 사용자 인지 X
5. empty process 빈 프로세스: 활성 구성요소 X

• 5→1 순서로 종료 시킴

3.4 Interprocess Communication

• 독립적 프로세스 independent process
  • 데이터 공유 X
• 협력적 프로세스 cooperative process
  • 영향 주고 받음
  • information sharing: 동일한 정보 필요로 할 수 있음 (복붙)
  • computation speedup 계산 가속화: 서브태스크로 나눠 병렬 실행 (멀티코어)
  • moularity 모듈성: 여러 프로세스, 스레드로 모듈 구성 할 수 있음

IPC, InterProcess Communication 프로세스 간 통신

1. Shared memory 공유 메모리
   • 통상 시스템 콜 이용 → 오버헤드 적어 빠름
   • 구축 시에만 시스템콜 필요
2. message passing 메세지 전달
   • 충돌 X
   • 적은 양 데이터 교환
   • 분산 시스템에서 유리

• 둘 다 구현된 os가 일반적

3.5 IPC in Shared-Memory Sys.

• 프로세스가 공유 메모리 공간 구축
• 공유 메모리 세그먼트 생성하는 프로세스의 주소 공간에 위치 → 공유하고 싶은 다른 프로세스들이 이 세그먼트를 주소 공간에 추가
  
• 동일한 위치에 write 하지 않도록 책임 져야 함
• 협력하는 프로세스
  • 생산자-소비자 문제
  • ex) 컴파일러: 어셈블리 코드 생산 / 어셈블러: 소비
    • 공유 메모리 → 생산한 것 바로 소비 (동기화 중요)
  • 버퍼
    • 무한 버퍼 unbounded buffer
      • 무한히 생산하고 소비 가능
    • 유한 버퍼 bounded buffer
      • 공간 부족하면 생산 정지, 공간 비면 소비 정지
• 동기화, 효율적 구현 → 모니터, 로킹 등등 나중에 나옴

3.6 IPC in Message-Passing Sys

• 네트워크 기반 분산환경에서 특히나 유용함
• msg: 고정길이 / 가변길이
• Communication link 통신 연결 설정 → 통신가능
  • 직접 or 간접 통신
  • sync or async 통신
  • 자동 or 명시적 버퍼링

3.6.1 Naming

• 직접 통신
  • 서로의 이름 명시
  • 두 프로세스 쌍 사이 하나의 연결 → 대칭성
  • 단점
    • 모듈성 제한
    • 하드 코딩 기법
• 간접 통신
  • mailbox, port로 송신
  • 공유 메일박스 → 공유하는 프로세스끼리 통신 (두 개 이상)
  • 한 프로세스가 여러 연결 갖을 수 있음
  • receive()은 정책에 따라 다양함 (FIFO, RR...)
  • 프로세스가 소유한 메일 박스
    • 프로세스 종료시 사라짐
    • 사라진 메일 박스에 send() → 존재하지 않는다 알려줘야함
  • OS가 소유한 메일 박스
    • 시스템콜로 소유권, 수신특권 정해짐
    • 생성하거나 삭제할 수 있음

3.6.2 Synchronization

• send(), receive() 구현하는 설계 옵션
  1. blocking 봉쇄형 → Sync
     • 보내기: 수신될 때까지 메일함 봉쇄
     • 받기: 메세지 이용 가능할 때까지 수신 프로세스 봉쇄
  2. nonblocking 비봉쇄형 → async
     • 보내기: 메세지 보내고, 작업 재시작
     • 받기: 유효한 msg 또는 null 받음
• 랑데부 rendezvous
  • send(), recieve() 모두 blcoking 일 때
  • 둘다 blocking이라서 메세지를 보내고 끝나는게 아니라 기다려야만 함 서로.

3.6.3 Buffering

• 메세지 큐 구현 방식

1. zero capcity 무용량
   • 큐의 길이가 0
   • 대기하는 메세지 없음.
   • 바로바로
2. bounded capacity 유한 용량
   • 길이 n
   • 큐가 만원이면, 공간 이용이 가능할 때 까지 block
3. unbounded capacity 무한 용량
   • 잠재적 무한한 길이
   • never blocked

3.7 Examples of IP Sys.

3.7.1 POSIX Shared Memory

• 메모리-사상 파일

3.7.2 Mach Msg. Passing

3.7.3 Windows

3.7.4 Pipes

• 두 프로세스가 통신할 수 있는 전달자
• 문제
  1. 단방향 or 양방향
  2. 양방향 이라면, half duplex 또는 full duplex
     • full의 경우, 동시에 양방향
  3. 부모-자식 같은 특정 관계가 존재하는가
  4. 네트워크 or 같은 기계 안

    ls | less
    
    // ls 명령어로는 모든 파일 목록이 다 보임
    // less 명령어 통해 하나씩 보며 방향키로 이동 가능
    // ls가 생산자로써 파일 목록을 만들고, less가 소비하는 **파이프** 형

1. Ordinary Pipes

• 생산자-소비자 형태
• 생산자: 쓰기 종단, 소비자: 읽기 종단 → 단방향 통신 only → 양방향 하고싶으면 파이프 두개
  
• 파이프 생성한 프로세스만 접근 가능
  • 부모-자식
  • fd[0]에 부모가 쓰면, fd[1]로 자식이 읽고, 자식이 fd[0]에 쓰면 부모가 fd[1]로 읽음

2. Named Pipes 지명 파이프

• 양방향, half duplex
• 여러 프로세스가 지명 파이프 이용 가능
• 한 기계 내에서 통신
• 네트워크는 소켓 필요

3.8 Communication in Client-Server Sys

3.8.1 Socket

• 통신의 endpoint
• IP 주소 + port #
• 클라이언트가 연결 요청 → 호스트가 포트 번호 부여 → 클라이언트가 호스트가 listen 하고 있는 포트로 패킷 전송
• 모든 연결이 유일 → 동일 클라이언트와 호스트, 두 연결 → 다른 port#
• 루프백 loopback
  • 127.0.0.1
  • 자신 기계 지칭

3.8.2 Remote Procedure Call, RPC

• 네트워크 연결된 두 시스템 사이 통신
• 프로시저 호출 기법을 추상화
• 메세지 기반 IPC
• 포트에 해당 메세지를 처리하는 디먼의 주소가 저장됨 → 해당 포트로 클라이언트가 요청 보냄 → 함수 실행(매개변수 가짐)되고 응답 메세지 return
  
• 포트: 서비스마다 포트가 지정되어있음
• Stub 스텁
  • 윈도우 MIDL Microsoft Interface Definition Language
  • 통신에 필요한 자세한 사항 숨겨줌
  • 클라이언트와 서버 모두 가짐 → 양측에서 필요한 일 처리해 줌
  • marshall 정돈
    • big endian과 small endian의 차이 극복하게 정돈해줌
    • XDR external dara representation 중립적 데이터 표현 방식
    • 클라이언트 빅인디안 → 스텁 → XDR → 스텁 → 서버 스몰인디안 가능해짐!
• 네트워크 오류 → 메세지 전달 확인 어려움 → Ack 이용
• 바인딩
  1. 고정 포트 주소
  2. 랑데부 동적 바인딩
     1. 랑데부용 디먼 matchmaker
     2. RPC 이름을 matchmaker에게 보냄 → 포트 번호 알려줌 → RPC에게 요청 보냄
     3. 초기 오버헤드가 있으나 고정보다 유연함