프로세스의 이해

❓ 프로세스(program in excution)

실행중인 프로그램을 프로세스라고 한다.

• 운영체제 입장에서는 작업의 단위
• 한 프로세스가 실행이 되기 위해서는 자원이 필요함.
  • CPU time
  • memory
  • files
  • I/O device

보통 실행 파일을 작성하면 hdd 등의 저장장치에 저장이 된다.
이를 보통 바로 cpu로 끌고와서 실행하지는 못하는데, 과정은 다음과 같다.
저장장치에 있는 메모리 집합을 메모리에 올리게 된다. -> 이 과정에서 있는 것이 process이다. 이후 이 process가 cpu를 점유하여야 실행이 된다.

❓ 프로세스 concept

❗ 프로세스 메모리의 구성

• 프로세스 메모리의 구성은 여러개의 구역으로 나누어 져 있다.

  • text section -> 실행가능한 코드
  • data section -> 전역변수
  • heap section -> 런타임에서 동적으로 할당된 메모리 (malloc, new 등)
  • stack section -> 함수가 호출되었을때의 데이터 스토리지이다. (함수 파라미터, 반환주소, 지역변수 등)

❗ 프로세스 생명주기

• New : 프로세스가 생성이 되었을 때
• Running : 명령어집합들이 실행이 되고 있을 때
• Waiting : I/O같은 경우에서 waiting상태로 들어감 -> 어떤 이벤트가 발생할 때 까지 프로세스가 기다린다!
• Ready : I/O를 대기하다가 작업이 끝났다고 signal이 온다 해도 CPU 정리를 바로 하지 못한다. 따라서 Ready Queue로 돌아가서 나는 이제 CPU를 받아도 된다! 라고 준비하는 상태
• Terminated : 모든것이 종료된 상태.

상태 다이어그램은 다음과 같다.

1. fork()를 통한 New 상태
2. Ready Queue로 들어간 Ready 상태 (나는 이제 CPU를 받아서 일할 상태가 되어있어!)
   • 이후 운영체제가 CPU를 준다.
3. CPU를 받게 된 Process는 Running 상태가 된다
   • 작업 진행 중 너무 오래 점유를 하면 운영체제가 좀 쉬라고 한다. (1)
   • 작업 진행 중 I/O가 발생했다! (2)
4. (1) 다시 Ready로 돌아와 작업을 쉬게 된다.
5. (2) 자발적으로 Running에서 나가서 waiting으로 돌아간다.(I/O 중에는 내가 할 일이 없다!)
   • 이후 I/O가 끝나게 되면 Ready로 돌아오게 된다.
6. 다시 Running으로 돌아온다.(이를 scheduler dispatch라 한다!)
7. Running 중 exit 혹은 main 에서 return을 하게 되면 terminated 상태로 돌아가며 종료가 된다.

❗ Process Control Block(PCB)

구조체 안에다가 프로세스에 필요요한 걸 다 저장하자! 라는 것

• PCB를 가지고 프로세스를 핸들링 한다.

• PCB가 가지고 있는 정보는 너무 많지만, 중요한 것은 다음과 같음

  • 현재 프로세스의 상태(new, running, waiting, ready, terminated)
  • 프로세스 카운터(메모리에서 명령어를 fetch하는데 몇 번지에서 가져올거야? -> PC register에 해당하는 레지스터!)
  • CPU 레지스터
  • CPU 스케쥴링 정보(CPU를 주거나 릴리즈하기 위한 정보)
  • 메모리 관리 정보(malloc을 얼마나 했고 ~)
  • 계정 정보(어떤 유저가 만든 process인지?)
  • I/O status 정보(어떤 장보를 오픈하고 닫고 했는지 정보)
• 위와 같은 정보들을 구조체에 담아 struct로 만듬. 이 하나의 단위가 PCB이다.

❗ 프로세스 스케쥴링

• 동시에 여러개의 프로세스를 실행시켜보자!(병렬적인 것과는 차이가 있음)

  • CPU의 사용 효율을 최대화 하기 때문에!

• time sharing의 목적

  • CPU 코어를 프로세스 간 자주 바꾸어서 사용자 입장에서는 각 프로그램이 동시에 Running 중인 것 마냥 보이게 하는 것!

• 스케쥴링 큐

  • 대기열(ready queue)에 대기중인 프로세스가 준비가 되면 순서대로 CPU에 인입된다.
  • 위에서 설명했듯이 시간이 끝나면 다시 Ready로 돌아가는데, Waiting으로 가는 경우도 있다고 설명했다.
  • 링크드리스트로 구현을 해볼 수 있다.

• 문맥 교환(context switch)

  • context : 프로세스의 입장에서 프로세스가 사용되고 있는 상태라 할 수 있음 -> PCB에 저장되어있는!
  • 인터럽트가 일어난다면?
    • 현재 context를 저장(PC 카운터 중요) -> 다시 CPU를 획득했을 때(context를 다시 불러옴)
  • 결국 문맥교환이란?
    • CPU 코어를 다른 프로세스에다 넘겨주는 것.
    • 현재 프로세스의 context를 저장 / 새로운 프로세스의 context를 복원!

❗ 프로세스의 관리

• 결국 운영체제는 프로세스를 생성, 종료하는 데에 관여한다는 것을 알 수 있다.

• 하지만 프로세스도 새 프로세스를 만들 수 있다.

  • 부모 프로세스 - 자식 프로세스 관계

• fork를 통해 프로세스가 생성이 됨.

  • concurrent하게 실행되는 상태일 수 있음(부모와 자식이 같이 실행이 됨)
  • 부모는 기다리는 상태가 될 수 있음.(자식이 terminated 될 때 까지 부모는 대기)

• 또한 주소적 측면도 두 가지가 있음.

  • 자식 프로세스가 주소공간을 복제해서 쓰는 경우
  • 새로운 공간을 만들어 사용하는 경우

• 그러면 종료는 어떻게?

  • 보통 마지막 return해서 끝나는 문장을 마주했을 때 terminated가 된다.
  • 또는 exit()를 호출한다.
  • OS는 메모리를 해제하고 자원을 회수한다.(할당메모리, 열린 파일, I/O 버퍼 등)

• 좀비상태? 기아상태?

  • 부모는 나름대로 뭔가 따로 하고, 자식도 뭔가 따로한다. -> 좀비 프로세스(데몬 프로세스)
  • 부모 프로세스가 wait()를 안하고 자식이 끝나던 말던 내가먼저 끝남 -> 기아 프로세스

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