3. Process

본 포스팅은 이화여자대학교의 반효경 교수님의 강의를 듣고 정리하였습니다.

http://www.kocw.net/home/search/kemView.do?kemId=1046323 

운영체제

 

[프로세스의 개념]

 "Process is a program in execution" - 프로세스란 실행중인 프로그램을 말한다.

 

 프로세스의 문맥(context) - 특정 시점에서의 프로세스 상태

• 프로세스의 문맥을 알기 위해서는 다음 3가지를 확인해보아야 함
  • CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥 : Program Counter, 각종 register(instruction check)
  • 프로세스의 주소 공간(메모리와 관련) : code, data, stack
  • 프로세스 관련 커널 자료 구조 : PCB(Process Control Block), Kernel stack

[프로세스의 상태]

프로세스는 상태(state)가 변경되며 수행됨

프로세스 상태 설명

프로세스 상태도

이후 중기 스케줄러로 인해 Suspended가 추가됨( *중기 스케줄러는 밑에서 설명)

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

프로세스 상태도(중기 스케줄러)

 

**blocked 상태에서 suspended가 되었는지, ready 상태에서 suspended 상태가 되었는지에 따라 suspended 상태가 달라짐

 

[Process Control Block (PCB)]

PCB란?

- 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보

- 다음의 구성 요소를 갖고 있음(구조체로 유지)

• OS가 관리상 사용하는 정보 : Process state, Process ID, scheduling information, priority
• CPU 수행 관련 하드웨어 값 : Program counter, registers
• 메모리 관련 : code, data, stack의 위치 정보
• 파일 관련 : Open file descriptors...

PCB

 

[문맥 교환(Context Switch)]

CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정

CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음 과정을 수행

• CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
• CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어옴

System call이나 interrupt 발생 시 반드시 문맥 교환이 일어나는 것은 아니다.

1의 경우에도 CPU 수행 정보 등의 문맥 일부를 PCB에 저장해야하지만 문맥교환이 발생한 2의 경우 부담이 훨씬 크다.

 

[프로세스를 스케줄링하기위한 큐]

1. Job queue : 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합
2. Ready queue :현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합
3. Device queue : I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합

* 프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행

 

[스케줄러(Scheduler)]

1. 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-프로세스 상태 중 new에서 ready로 바뀔 때
   • degree of Multiprogramming을 제어
   • time sharing system에는 보통 자기 스케줄러가 없음(무조건 ready)
2. Short-term scheduler(단기 스케줄러 or CPU scheduler)
   • 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬 지 결정
   • 프로세스에 CPU를 주는 문제
   • 충분히 빨라야 함.(millisecond 단위)
3. Medium-Term Scheduler(중기 스케줄러 or Swapper) - 최근 사용하는 기법
   • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 쫒아냄
   • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
   • degree of Multiprogramming을 제어

 

[Thread]

· A thread (or lightweight process) is a basic unit of CPU utilization

· Thread의 구성

• program counter
• register set
• stack space

· Thread가 동료 Thread와 공유하는 부분(=task)

• code section
• data section
• OS resources

· 전통적인 개념의 heavyweight process는 하나의 thread를 가지고 있는 task로 볼 수 있음

 

· Thread의 장점

• 하나의 프로세스가 다중 스레드로 구성된 태스크 구조에서는 하나의 서버 스레드가 blocked(waiting)상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 스레드가 실행(running)되어 빠른 처리가 가능함
  ex) 웹페이지 사용하려 할 때, 웹 페이지를 불러오는 동안 다른 스레드가 그림, 동영상 등의 다른 화면을 띄워줌 
• 동일한 일을 수행하는 다중 스레드가 협력하여 높은 처리율(throughput)과 성능 향상을 얻을 수 있음
• 스레드를 사용하면 병렬성을 높일 수 있음

 

출처 : https://eehoeskrap.tistory.com/244

- 스레드의 장점 요약

1. Responsiveness(응답성) : 사용자에 대한 응답성이 좋아짐
2. Resource Sharing(자원 공유) : 자원 공유를 통해 하나의 App이 같은 주소 공간에서 여러 개의 다른 작업을 하는 스레드를 가질 수 있음
3. Economy(경제성) : 프로세스를 생성하는 것보다 경제적
4. Utilization of MP Architectures(멀티 프로세스 활용) : 멀티 프로세스의 구조를 활용할 수 있음