[OS] 프로세스란 | 프로세스 개요 | 프로세스 구조 | 프로세스 상태 | PCB | Context Switch | process scheduling

프로세스 개요

OS는 다양한 프로그램을 실행한다.

• Batch System(jobs)
• Time-shared Systems - user programs, tasks

프로그램은 executable file 상태로 disk에 저장되어 있다. (passive)

프로세스는 프로그램이 메모리에 올라와서 동작을 하는 것을 의미한다.(active)

한 프로그램 당
프로세스는 여러개일 수 있다.

• 한 프로그램을 동시에 여러 유저가 실행하는 것을 생각해보자(카톡, 유투브 등등..)

• OS는 프로세스 여러개를
  병렬적으로 관리해 자원을 효율적으로 사용할 수 있게 한다.

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프로세스 구조

프로세스는 여러 파트로 구성되어 있다.

code : text section이라고도 한다. 실행이 되면서 수행되어야할 명령어가 올라온다.

data : global, static 변수들을 담는다.

heap : runtime동안 메모리에 동적으로 할당된 데이터를 담는다

stack : 일시적인 데이터를 담는다.(function parameter, argc, argv, 지역변수 등등)

예시)

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프로세스 상태

프로세스가 실행될때, 그 상태는 달라진다

new : 프로세스가 생성될 때

running : 명령이 실행중일 때

ready : 프로세스가 프로세서에 의해 할당되기를 기다리고 있는 상태

waiting : 프로세스가 다른 이벤트(I/O 등등)가 끝나기를 기다리고 있는 상태

terminated : 프로세스가 수행을 끝내고 나서의 상태

PCB

프로세스의 상태, PID, program counter, register 등의 정보를 가지고 있다.

interrupt가 발생했을 때, pcb에 프로세스의 현재 진행 사항을 저장하기 위해 사용된다.

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3. 프로세스 스케줄링

여러개의 프로그램이 하드웨어 자원을 공유해야 하기 때문에 OS에서 효율적으로 process를 스케줄링해야 한다.

즉, cpu의 활용을 최대화하기 위해 process scheduling이 필요하다.

process scheduler는 cpu가 수행할 다음 이용가능한 프로세스를 정한다.

+) program counter : 다음에 실행할 명령어의 주소를 저장한다.

process scheduling 순서

1. 새로운 프로세스는 초기에 ready queue에 놓인 후, 실행을 위해 선택(dispatch)될 때까지 ready queue에서 기다린다.

2. 일단 프로세스에게 cpu가 할당되면, event가 발생할 때까지 해당 프로세스가 cpu에서 대기한다.

   • event의 종류

     • 프로세스가 입출력 요청을 해서 입출력 queue에 들어가는 경우

     • 프로세스가 새로운 자식 프로세스를 생성하고 자식프로세스의 종료를 기다리는 경우

     • 프로세스가 인터럽트 발생을 기다리는 경우

     • 할당된 시간이 만료된 경우

       

스케줄러의 종류

• short term scheduler(CPU scheduler)

  • ready-queue 안에 있는 프로세스 중 실제 cpu에 할당할 프로세스 결정

• long-term scheduler(Job Scheduler)

  • ready queue에 들어갈 프로세스 결정
  • 프로세스를 잘 mix 하는것이 필요하다
  • 프로세스의 병렬성 정도를 결정한다.

• medium-term scheduler

  • ready 상태의 우선순위가 급하지 않은 프로세스를 disk로 swapping-out 하는 역할

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Context Switch

현재 돌아가는 프로세스에서 새 프로세스로 변경해 주는 과정

old process의 상태를 저장하고, context switch를 통해서 new process의 저장된 상태를 로딩해야 한다.

이 상태는 PCB를 통해 가져온다

👀 주의할 점

• context-switch는 잦을수록 효율이 떨어진다.
  switch하는 동안 CPU가 유효한 작업을 하지 못하기 때문이다

👀 그럼에도 context switching을 사용하는 이유?

• 하나의 cpu를 여러 작업들이 동시에 처리하는 것처럼 보이게 할 수 있다. (자원의 공유 및 cpu 활용 최적화)

• 컴퓨터가 매번 하나의 task만 처리할 수 있다면 반응속도가 매우 느릴것이다.

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참고

• Operating System Concepts,8/E
• 운영체제 강의 자료

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