[운영체제 - 김덕수 교수님] 프로세스 관리

Job vs Process

• 작업 / 프로그램
  • 실행 할 프로그램 + 데이터
  • 컴퓨터 시스템에 실행 요청 전의 상태
• 프로세스
  • 실행을 위해 시스템(커널)에 등록된 작업
  • 시스템 성능 향상을 위해 커널에 의해 관리됨

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프로세스의 정의

• 실행중인 프로그램
  • 커널에 등록되고 커널의 관리하에 있는 작업
  • 각종 자원들을 요청하고 할당 받을 수 있는 개체
  • 프로세스 관리 블록(PCB)을 할당 받은 개체
  • 능동적인 개체(active entity)
    • 실행 중에 각종 자원을 요구, 할당, 반납하며 진행
• Process Control Block(PCB)
  • 커널 공간(kernel space) 내에 존재
  • 각 프로세스들에 대한 정보를 관리

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자원(Resource)의 개념

• 커널의 관리 하에 프로세스에게 할당/반납 되는 수동적 개체(passive entity)

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프로세스의 상태

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• 자원 간의 상호 작용에 의해 결정
• 프로세스 상태 및 특성

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Created State

• 작업(Job)을 커널에 등록
• PCB 할당 및 프로세스 생성
• 커널
  • 가용 메모리 공간 체크 및 프로세스 상태 전이
    • ready or suspended ready

Ready State

• 프로세서 외에 다른 모든 자원을 할당 받은 상태
  • 프로세서 할당 대기 상태
  • 즉시 실행 가능 상태
• Dispatch(or Schedule)
  • Ready state -> running state

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Running State

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• 프로세서와 필요한 자원을 모두 할당 받은 상태
• Preemption
  • Running state -> ready state
  • 프로세서 스케줄링(time-out, priority changes)
• Block/sleep
  • running state -> asleep state
  • I/O 등 자원 할당 요청
  • 인터럽트에 의해 작업이 중단된 상태

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Blocked/Asleep State

• 프로세서 외에 다른 자원을 기다리는 상태
  • 자원 할당은 system call 에 의해 이루어짐
• wake-up
  • Asleep state -> ready state
  • asleep상태에서 완료가 되도 바로 러닝으로 가는 것이 아니라 레디로 간다.

전체 조망도, 프로세스의 상태에 관한 이야기

밑에는.?

Suspended State

• 메모리를 할당 받지 못한(빼앗긴) 상태
  • Memory image를 swap device에 보관
    • swap device: 프로그램 정보 저장을 위한 특별한 파일 시스템
  • 커널 또는 사용자에 의해 발생
• Swap-out(suspended), Swap-in(resume)

Terminated/ Zombie State

• 프로세스 수행이 끝난 상태
• 모든 자원 반납 후,
• 커널 내에 일부 PCB 정보만 남아 있는 상태
  • 이후 프로세스 관리를 위해 정보 수집

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인터럽트(Interrupt)

• 예상치 못한, 외부에서 발생한 이벤트
  • unexpected, external events
  • 공부하고 있을 때 옆에서 푹 찌른다..?
• 인터럽트의 종류
  • I/O Interrupt
  • Clock Interrupt
  • Console Interrupt
  • Program check Interrupt
  • Machine check Interrupt
  • Inter-process Interrupt
  • System Call Interrupt

인터럽트 처리 과정

• Context saving: 현재 시점까지 상태를 저장

1. 프로그램이 실행하던 일을 Pi 라고 했을 때,
2. 인터럽트가 발생하면, 지금까지 하던 일을 PCBi 에 저장
3. 커널로 제어권이 넘어감
4. Interrupt Handling 후, 어떤 서비스를 제공할 지 결정함
5. 해당하는 서비스 Interrupt Service Routine 실행
6. 서비스 루틴이 완료 되고, 이번 경우엔 PCBj로 돌아갔음(i로 갈수도 있고, j로 갈 수도 있다.)
7. PCB를 바탕으로 Context Restore 라는 것을 실행(다시 캐시에 작업중이던 메모리를 올림)
8. 프로세서의 실행권이 Pj로 넘어감

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Context Switching(문맥 교환)

• Context
  • 프로세스와 관련된 정보들의 집합
    • CPU register context => in CPU
    • code & data, stack, pcb => in memory
• Context saving
  • 현재의 프로세스의 Register context 를 저장하는 작업
• Context restoring
  • Register context 를 프로세스로 복구하는 작업
• Context switching ~= Process switching
  • 실행 중인 프로세스의 context를 저장하고, 앞으로 실행할 프로세스의 context를 복구하는 일
    • 커널의 개입으로 이루어짐

Context switch overhead

• Context switch에 소요되는 비용
  • OS마다 다름
  • OS의 성능에 큰 영향을 줌
• 불필요한 Context switching 을 줄이는 것이 중요
  • 예) 스레드(Thread) 사용 등

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