반효경 [운영체제] 5강 - Process 1

프로세스

프로세스의 개념

 “Process is a program in execution”

• 프로세스의 문맥(Context)
  • CPU 수행상태를 나타내는 하드웨어 문맥
    • Program Counter
    • 각종 Register
  • 프로세스의 주소공간
    • code, data, stack
  • 프로세스 관련 커널 자료 구조
    • PCB(Process Control Block)
    • Kernel Stack

 

프로세스의 상태(Process State)

• CPU가 1개인 컴퓨터를 기준으로 설명

• 프로세스는 아래와 같은 상태(state)가 번갈아가며 수행된다.
  • Running
    • CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태
  • Ready
    • CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른조건을 모두 만족하고)
  • Bloacked(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) ← 중기스케쥴러의 도입으로 추가된 개념
    • 프로세스가 메모리를 통째로 상태를 일컫는다
    • 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
    • 프로세스는 통째로 디스크에 swap out된다
    • e.g. 사용자가 프로그램을 일시정지 시킨경우(break key) 시스템이 여러 이유로 프로세스를 잠시 중단시킴(메모리에 너무많은 프로세스가 올라와 있을때)
  • New
    • 프로세스가 생성중인 상태
  • Terminated
    • 수행(Execution)이 끝난 상태 (예) 정리중

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

 

프로세스 상태도

• 다른 queue에서의 일이 끝나면 controller가 CPU한테 interrupt를 건다.

• Queue는 운영체제의 커널의 Data 영역에 자료구조 형태로 구현되어 있음

 

PCB(Process Control Block)

• 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보

• 다음의 구성 요소를 가진다(구조체를 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 등

 

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 Call이나 Interrupt 발생 시 반드시 Context Switch가 일어나는 것은 아님

💡 (1)의 경우에도 CPU 수행정보 등 context의 일부를 PCB에 save해야 하지만, 문맥교환을 하는 (2)의 경우 그 부담이 훨씬 큼(e.g. 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 Queue
  • I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합

 

💡 프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행된다. (PCB를 그 포인터를 사용해 연결 해놓는다)

Ready Queue와 다양한 Device Queue

프로세스 스케줄링 큐의 모습(제일 밑의 도식은 오해의 소지가 있다.)

 

Scheduler

디스크 스케쥴러도 있으나 여기서는 다루지 않음

1. Long-term scheduler(장기 스케줄러 or job scheduler)

• 시작 프로세스 중(new상태의 프로세스) 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정(메모리를 줘야 비로소 Ready로 올라감)
• 프로세스에 메모리 및 각종자원을 주는 문제
• Degree of Multiprogramming(메모리에 몇개의 프로그램이 올라갈지)을 제어
• time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음(무조건 Ready)

 

2. Short-term scheduler(단기 스케줄러 or CPU scheduler)

• 어떤 프로세스를 다음번에 running시킬지 결정
• 프로세스에 CPU를 주는 문제
• 충분히 빨라야 함(millisecond 단위)

 

3. Medium-Term Scheduler(중기 스케줄러 or Swapper)

→ 이 스케쥴러의 도입으로 Process의 Suspended상태 개념이 추가됨

• 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
• 프로세스에게서 메모리를 뻇는 문제
• Degree of Multiprogramming을 제어