Os_process

Process

• Program in execution
• 프로그램이 메모리에 올라오면 프로세스가 된다.
• 구성 요소
  • text section: program code
  • program counter
  • stack: 임시 데이터(로컬 변수 등) 저장
  • data section: 전역변수 저장
  • heap: 실행 도중 동적할당된 메모리 공간

Process State

1. new: 프로세스가 생성된 상태
2. ready: 프로세서에 할당되길 기다리는 상태
3. waiting: 프로세스가 event 발생을 기다리는 상태
4. running: 작업 수행
5. terminated: 작업 완료후 종료
   • new -> ready: 메모리에 올라감
   • ready -> running: CPU 자원 할당
   • running -> ready: 인터럽트 발생
   • running -> waiting: I/O 작업, event 발생
   • waiting -> ready: I/O 작업, event 완료
   • running -> terminated: exit 호출

PCB

• Process Control Block
• 프로세스 정보 저장.
  1. Process state
  2. Program Counter: 프로세스가 다음에 실행할 명령어 주소를 가리킴
  3. Process ID
  4. CPU Register
  5. CPU scheduling information: priority, scheduling queue pointers
  6. Memory management information: memory allocated to process
  7. Accounting information: CPU usage, clock time elapsed, time limits
  8. I/O status information: I/O device allocated to process, list of open files

Thread

• 실행의 흐름
• 각 쓰레드당 하나의 PCB를 갖는다.

Process Scheduling

• scheduling queue
  • job queue: 시스템의 모든 프로세스들의 집합
  • ready queue: 메인메모리에서 실행 대기중인 프로세스들의 집합
  • device queue: I/O 장치를 기다리는 프로세스들의 집합
• scheduler: CPU가 다음에 실행할 프로세스 선택
  • long term: 어떤 프로세스를 ready queue에 넣을지 결정
  • short term: 어떤 프로세스에 CPU 자원을 할당할지 결정
• I/O Bound Process: CPU 사용시간이 짧다. I/O에 치중.
• CPU Bound Process: CPU 사용시간이 길다. 연산에 치중.

Context Switch

• CPU가 프로세스 전환시 이전 프로세스 상태를 저장하고 새로운 프로세스의 상태 정보를 불러오는 작업.
• Context: 프로세스 상태 정보. PCB에 저장.
• Overhead 발생: context switching동안 시스템이 다른 작업을 할 수 없다.

• 순서

  1. 현재 진행중인 프로세스 정보 PCB에 저장
  2. 새로 실행할 프로세스의 PCB 정보 불러옴

Process Creation

• 부모프로세스가 자식프로세스 생성
• pid: 프로세스간 구별을 위해 사용
• 자원 공유: 부모와 자식간 자원 공유 가능
• 실행 옵션
  • 부모가 자식 끝나기까지 기다림
  • 부모와 자식이 동시에 실행
• fork()
  • 새로운 프로세스를 만드는 시스템 콜
  • 부모와 완전히 동일한 자식 프로세스 생성
  • pid_t 타입의 pid 리턴
    • 음수: fork() 실패
    • 0: 자식 프로세스
    • 자연수: 부모 프로세스
• exec()
  • 생성된 자식 프로세스의 context 변경을 위한 시스템 콜

Process Termination

• exit()
  • 프로세스가 실행을 끝내고 OS에 프로세스 삭제를 요청하는 시스템 콜
  • 프로세스에 할당된 자원 반환
• abort()
  • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 종료시키는 시스템 콜
• zombie process: 종료된 프로세스를 기다리는 부모 프로세스가 없는 프로세스
• orphan process: 부모 프로세스가 실행 완료 전 종료된 프로세스

IPC

• InterProcess Communication: 프로세스간 통신을 위해 필요
• Shared Memory
  • 장점: 메모리에 곧바로 접근하므로 속도가 빠르다
  • 단점: 동기화가 어렵다
• Message Passing
  • 장점: 동기화가 쉽다
  • 단점: 커널에 의존하므로 속도가 느리다

Message Passing

• send, receive 기능 제공

• 과정

  1. 소통하려는 두 프로세스 간 communication link 개설
  2. send, receive를 통해 메시지 교환
• Direct Communication
  • 어떤 프로세스에게 메시지를 보내거나 받을지 명시
  • link가 자동으로 생성됨
  • 하나의 link는 한쌍의 프로세스만 연결, 한쌍의 프로세스 간에는 하나의 link만 존재
  • bidirectional
• Indirect Communication
  • mailbox(port)를 통해 메시지를 주고받음
  • 프로세스간 mailbox를 공유한 경우에만 소통 가능
  • 프로세스간 mailbox 공유시에만 link 생성
  • 하나의 link에 여러 프로세스 연결 가능, 한쌍의 프로세스 간 여러 link 존재 가능
  • unidirectional, bidirectional
• Synchronization
  • blocking send: 메시지 수신 전까지 sender block
  • nonblocking send: block 없이 sender가 메시지 전송
  • blocking receive: 메시지가 들어오기 전까지 receiver block
  • nonblocking receive: block 없이 receiver가 메시지 수신 = 메시지가 null일 수 있다.