- 1. 프로세스의 개념 (A Process)
- 2. 프로세스 상태 (Process States)
- 3. 프로세스 제어블록(PCB)
- 4. 문맥교환(context switch)
- 5. fork()
- Reference
이 글의 사진과 내용은 공룡책 과 컴퓨터학부 수업인 운영체제 강의자료를 기반으로 작성했습니다.
1. 프로세스의 개념 (A Process)
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프로세스란 실행 중인 프로그램(program in execution)을 뜻한다.- Disk에 실행파일 형태로 존재하던 프로그램이
Memory에 올라가서 실행되기 시작하면 비로소 생명력을 갖는 프로세스가 되며, 프로세스는 CPU를 반환하고 입출력 작업을 수행하기도 한다.
- Disk에 실행파일 형태로 존재하던 프로그램이
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프로그램은 “a set of data associated with that code”을 뜻한다.
- 디스크에 있으며, CPU 권한을 바로 누릴 수 없다.(수행될 준비 X)
Code, Program, and Process
Process Creation: A Little More Detail
2. 프로세스 상태 (Process States)
- 프로세스의 상태는 실행(running), 준비(ready), 봉쇄(blocked, wait, sleep)의 세 가지로 구분한다.
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실행(Running)상태는 프로세스가 (1)해당 프로세스를 수행하기 위해 필요한 모든 리소스를 갖고 있고, (2)CPU에 대한 권한이 있다.-
CPU 권한이 없을 때 Ready 상태로 이동한다.
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필요한 정보가 충분하지 못한 상태(I/O 작업이 시작할때)인 경우 Blocked로 이동한다.
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준비(Ready)상태는 (1)해당 프로세스를 수행하기 위해 필요한 모든 리소스는 갖고 있지만, (2)CPU에 대한 권한이 없다.- Scheduled 되었으면 Running 상태로 이동한다.
봉쇄(Blocked, Wait)상태는 해당 프로세스를 수행하기 위한 필요한 모든 리소스를 갖고 있지 못하고, CPU에 대한 권한도 없다.(ex. 입출력 작업이 진행 중인 경우)- I/O가 완료되었으면 해당 프로세스는 리소스를 갖게 되면서 Ready 상태로 간다.
- 이와 같이 프로세스의 상태를 구분하는 이유는 컴퓨터의 자원을 효율적으로 관리하기 위해서이다.
5-State Model
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시작(New)상태는 프로세스을 위한 PCB가 생성되었지만 아직 충분한 리소스를 할당받지 못한 상태이다.(메모리 획득을 승인받지 못한 상태) -
종료(Terminated)상태는 프로세스가 작업을 완료하여 메모리 자원을 반납하고 PCB가 삭제된 상태이다. -
실행시킬 프로세스를 변경하기 위해 원래 수행 중이던 프로세스의 문맥을 저장하고 새로운 프로세스의 문맥을 세팅하는 과정을
문맥교환(context switch)이라고 한다.
예를 들어, 실행 상태에 있던 프로세스가 입출력 요청 등으로
봉쇄 상태로 바뀌는 경우를 들 수 있다.
이때 준비 상태에 있는 프로세스들 중에서
CPU를 할당받을 프로세스를 선택한 후
실제로 CPU의 제어권을 넘겨받는 과정을 CPU 디스패치(dispatch)라고 한다.
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그 밖에 상태들
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일정기간 exit된 프로세스를 OS가 관리하는 경우를
Zombie상태라고 한다. -
자식 프로세스가 종료되기 전에 부모 프로세스가 종료된 상태를
Orphan상태라고 한다.
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7-State Model
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메인 메모리의 용량이 실행해야 하는 더 많은 프로세스를 로드하기에 충분하지 않은 경우
Swapping을 사용한다.- Swapping이란
메모리 공간 확보를 위해 필요에 의해서 메인 메모리에 있는 프로세스 일부를 디스크에 내려보내는 것을 말한다.
- Swapping이란
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Suspend vs Preemption
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Suspend : 메모리 공간이 부족해서 급한 것부터 처리하기 위해서 메인 메모리에 있는 Ready 또는 Blocked(Wait)에 있는 것들을 디스크로 내려 보내는 것을 말한다.
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Preemption: Running state에서 Ready state로 가는 것을 말한다. (현재 수행되고 있는 것을 멈춘다)
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Swap Out : 메모리 -> 디스크
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Swap In : 디스크 -> 메모리
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3. 프로세스 제어블록(PCB)
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프로세스 제어블록(Process Control Block: PCB)이란 OS가 시스템내의 프로세스들을 관리하기 위해 프로세스마다 유지하는 정보들을 담는 커널 내의 자료구조를 뜻한다.-
쉽게 말해, 기본 프로세스에 대한 정보를 갖고 있는 자료구조이다.
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프로세스 상태 관리와 문맥 교환을 위해 필요하다.
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PCB는 프로세스 생성시 만들어지며 메모리에 유지된다.
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Information in PCB
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PID(Process Identification Number)
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Process state (running, blocked, ready) : CPU를 할당해도 되는지 여부이다.
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Program counter : 다음에 수행할 명령어의 위치를 가리킨다.
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CPU registers : CPU 연산을 위해 현 시점에 레지스터에 어떤 값을 저장하고 있는지를 나타낸다.
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Sheduling information : CPU 스케줄링을 위한 필요한 정보이다.
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Memory management information : 메모리 할당을 위해 필요한 정보이다.
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I/O status information : 프로세스가 오픈한 파일 정보 등 프로세스의 입출력 관련 상태 정보를 나타낸다.
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Accounting informaion : 사용자에게 자원 사용 요금을 계산해 청구하는 용도이다.
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Program counter와 CPU registers는 “context”에 해당한다.
4. 문맥교환(context switch)
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문맥교환이란 하나의 사용자 프로세스로부터 다른 사용자 프로세스로 CPU의 제어권이 이양되는 과정을 뜻한다.
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문맥교환은 타이머 인터럽트가 발생하는 경우 외에 실행 중이던 프로세스가 입출력 요청이나 다른 조건을 충족하지 못해 CPU를 회수당하고 봉쇄 상태가 되는 경우에도 발생할 수 있다.
5. fork()
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시스템이 부팅된 후 최초의 프로세스는 OS가 직접 생성하지만 그다음부터는 이미 존재하는 프로세스가 다른 프로세스를 복제, 생성하게 된다.
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이때 프로세스를 생성한 프로세스를
부모프로세스라고 하고, 새롭게 생성된 프로세스를자식프로세스라고 한다. -
즉, 부모 프로세스가 자식 프로세스를 생성하게 되는 것이다.
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이러한 방식을 통해 프로세스는 족보와 같은 계층을 형성하게 된다.
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프로세스의 세계에서는 자식이 먼저 죽고, 이에 대한 처리는 자식을 생성했던 부모 프로세스가 담당하는 방식으로 진행된다.
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즉, 부모 프로세스는 자식 프로세스들을 연쇄적으로 종료시킨 후에야 종료될 수 있다.
fork: Creating New Processes
- Unix에서 fork() 시스템 콜은 자식 프로세스를 생성할 때 부모 프로세스의 내용을 그대로 복제 생성하게 된다.
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즉, 프로세스 ID(pid)를 제외한 모든 정보를 그대로 복사하는 방법을 사용한다. 따라서 부모 프로세스와 자식 프로세스는 비록 주소 공간을 따로 갖게 되지만 주소 공간 내에는 동일한 내용을 가지게 된다.
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fork()를 통해 생성된 자식 프로세스는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램으로 주소 공간을 덮어씌울 수 있다.
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이때 부모 프로세스에서는 자식 pid가 반환되고
자식 프로세스에서는 0이 반환된다. 만약 fork() 함수 실행이 실패하면 -1을 반환한다.
fork() example
첫번째 예시( int main() )
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위에서 자식 프로세스는 fork() 함수의 반환값이 0이라고 했다.
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따라서 pid 가 0일 때는(child) x가 1증가해 “child: x=2”이 출력된다.
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부모 프로세스는 자식 pid를 받으므로, 0이 아니기 때문에 “parent: x=0”이 출력된다.
두번째 예시( void fork2() )
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fork()를 할 때마다 자식 프로세스가 생성되는 것을 확인할 수 있다.
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정리하자면, fork() 반환 결과가 0이라면
자식 프로세스이고 0이 아니면(자식프로세스의 id를 가질것)부모 프로세스이다.