반효경 운영체제 - 2.1 프로세스

프로세스의 개념

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• 프로세스의 문맥
  • CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
    • Program Counter - 어디까지 실행했는가?
    • 각종 Register
  • 프로세스의 주소 공간
    • stack, data, code 등 메모리에 담겨있는 내용
  • 프로세스 관련 커널 자료 구조
    • PCB (Process Control Block)
    • Kernel stack
      • System call 발생 시 프로세스 별 별도의 스택프로세스 관련 커널 자료 구조

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프로세스의 상태

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• 프로세스는 상태가 변경되며 수행된다.
  • Running
    • CPU를 잡고 instruction을 수행 중인 상태
  • Ready
    • CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른 조건을 모두 만족)
  • Blocked (wait, sleep)
    • CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
    • Process 자신이 요청한 event(예: I/O)가 즉시 만족되지 않아 기다리는 상태
    • (예) 디스크에서 file을 읽어와야 하는 경우
  • Suspended (stopped)
    • 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
    • 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다.
    • (예) 사용자가 프로그램을 일시 정지시킨 경우, 시스템이 메모리 등 이유로 프로세스를 잠시 중단시킴
  • New
    • 프로세스가 생성 중인 상태
  • Terminated
    • 수행이 끝난 상태, 정리할 것이 남아 있는 상태

• Blocked : 자신이 요청한 event가 만족되면 ready
• Suspended : 외부에서 resume해주어야 active

 

 

 

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Process Control Block(PCB)

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• 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스 당 유지하는 정보
• 다음의 구성 요소를 가진다.
  • OS가 관리상 사용하는 정보
    • Process state(Ready, blocked …), Process ID
    • Scheduling Information(CPU 우선순위 값에 따라), priority
  • CPU 수행 관련 하드웨어 값
    • Program Counter, registers
  • 메모리 관련
    • Code, data, stack의 위치 정보
  • 파일 관련
    • Open file descriptors

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문맥 교환(Context Switch)

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• 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 발생하는 것은 아님
  • 사용자 프로세스 A/B간의 전환이 context switch인데, 운영체제에서 특정 프로세스 간 반복은 해당되지 않는다.
• 문맥교환을 하는 경우 메모리 부담이 훨씬 큼(cache memory flush)

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Queue

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• Job queue
  • 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합
• Ready queue
  • 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스 집합
• Device queue
  • I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합

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Scheduler

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• Long-term scheduler (장기 스케줄러 or job scheduler)
  • 시작 프로세스 중(new 상태에서 ready 상태로 만들지) 어떤 것들을 ready queue로 보낼 지 결정
  • 프로세스에 memory(및 각종 자원)을 주는 문제
  • degree of multiprogramming을 제어
  • time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음(무조건 ready)
• Short-term scheduler (단기 스케줄러 or CPU scheduler)
  • 어떤 프로세스를 다음에 running할지 결정
  • 프로세스에 CPU를 주는 문제
• Medium-term scheduler (중기 스케줄러 or swapper)
  • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
  • 프로세스에게서 memory를 빼앗는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어
• 장기 스케줄러는 초기화 시에 어떤 것을 사용할 것인가? 중기 스케줄러는 다 메모리에 올리되 어떤 것을 사용하지 않을 것인가?

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