[OSTEP-4] Process

프로세스

• 실행 중인 프로그램
• 프로그램은 디스크 상에 존재하며 실행을 위한 명령어와 정적 데이터의 묶음

CPU 가 여러 개 존재한다는 환상을 어떻게 제공하는가

• 운영체제는 CPU 를 가상화하여 프로그램이 동시에 실행 되는 것 처럼 보이게 함
• 시분할 (time sharing) 이라 불리는 기법을 사용해 원하는 수 만큼의 프로세스를 동시에 실행할 수 있게 함
  • CPU를 공유하기 때문에 각 프로세스의 성능은 낮아짐
• Context switching
  • CPU 에서 프로그램 실행을 잠시 중단하고 다른 프로그램을 실행하는 것

프로세스의 개념

• 실행중인 프로그램을 프로세스라 함
• 프로세스의 구성요소를 이해하기 위해 하드웨어 상태를 알아야 함
• 하드웨어 상태 중 가장 중요한 요소는 메모리
  • 명령어, 실행 프로그램이 읽고 쓰는 데이터는 메모리에 저장됨

프로세스 API

• 생성 (Create)
• 제거 (Delete)
• 대기 (Wait)
• 각종 제어 (Miscellaneous Control)
• 상태 (Status)

프로세스 생성

 

1. 프로그램 코드와 정적 데이터를 메모리, 프로세스의 주소 공간으로 load
   1. 요즘 시스템에서 프로그램은 디스크 또는 플래시 기반 SSD에 실행 파일 형식으로 저장
   2. 초기 운영체제는 프로그램 실행 전에 코드와 데이터를 모두 탑재함
   3. 현대의 운영체제는 필요할 때 필요한 부분만 메모리에 탑재 함
2. 특정 크기의 메모리 공간이 프로그램의 스택(Stack) 용도로 할당되어야 함
   1. 지역 변수, 함수 인자, 리턴 주소
3. 프로그램의 힙 (heap) 을 위한 메모리 영역을 할당 함
   1. 동적으로 할당된 데이터를 저장하기 위해서 사용
   2. 가변적인 자료 구조를 위해 사용
4. 입출력과 관련된 초기화 작업을 수행함
   1. Unix 시스템에서 각 프로세스는 기본적으로 STDIN, STDOUT, STDERR 장치에 해당하는 세 개의 파일 디스크립터를 가짐

프로세스 상태

• Running
  • 프로세스가 명령어를 실행하고 있음
• Ready
  • 실행할 준비가 되었지만 다른 프로세스를 실행하고 있는 이유등으로 대기 중
• Blocked
  • 프로세스가 다른 사건을 기다리는 동안 수행을 중단 시키는 연산
    • 프로세스가 디스크에 대한 입출력 요청을 했을 때 입출력이 완료될 때 까지 대기 상태가 되고, 다른 프로세스가 실행 상태로 될 수 있음 (디스크를 읽거나, 네트워크로 부터 패킷을 기다릴 때)
    • 작업이 끝나면 준비 상태로 전환되고 스케줄링 정책에 따라 바로 실행 될 수 도 있음

 

자료 구조

• 운영체제도 일종의 프로그램임, 다양한 정보를 유지하기 위한 자료 구조를 가지고 있음
• 프로세스의 대기 상태를 파악하기 위해 준비 상태의 프로세스들을 위한 프로세스 리스트 와 같은 자료구조를 유지함
  • 시스템에 존재하는 모든 프로세스에 대한 정보를 가짐
• Register context 자료구조는 프로세스가 중단되었을 때 해당 프로세스의 레지스터 값들을 저장함
• 이 레지스터 값들을 복원하여 프로세스 실행을 재개함