[운영체제] 프로세스 관리

운영체제 강의(이화여대,반효경 교수님)를 듣고 정리한 내용입니다.

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프로세스 관리 #1

프로세스 생성 (Process Creation)

• 부모 프로세스가 자식 프로세스 생성
• 프로세스의 트리(계층 구조)형성
• 프로세스는 자원을 필요로 함
  • 운영체제로 부터 받는다
  • 부모와 공유한다
• 자원의 공유
  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
    • copy on write : 내용이 바뀔 때까진 부모 것을 계속 공유해서 사용하겠다.
  • 일부를 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델 (일반적인 모델)
• 수행(Execution)
  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료(terminate) 될 때 까지 부모가 기다리는(wait)
• 주소 공간
  • 자식은 부모의 공간을 복사함 (binary and Os data)
    • 프로세스의 문맥을 모두 복사하는 것, code,data,stack, cpu문맥인 program counter도 복제
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림
• 유닉스일 경우
  • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스 생성
    • 부모를 그대로 복사 (OS data except PID + binary )
    • 주소 공간 할당
  • fork 다음에 이어지느 exec() 시스템 골을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림

프로세스 종료 (Process Termination)

• 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌 (exit) - 자발적 종료
  • 자식이 부모에게 output data를 보냄(via wait)
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨
• 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴 (abort) - 비 자발적,강제종료
  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
  • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
  • 부모가 종료(exit) 하는 경우
    • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더이상 수행되도록 두지 않는다.
    • 단계적인 종료

프로세스 관리 #2

프로세스와 관련한 시스템콜

• fork()
  • 프로세스는 fork() 시스템 콜을 통해 생성된다.
  • 부모프로세스는 fork()는 자식 프로세스의 pid를 받고, 자식 프로세스의 pid=0이 된다.

int main(){
    int pid;
    pid = fork();
    if(pid == 0) printf("\n Hello. I am child!\n");
    else if(pid>0)
        printf("\n Hello. I am parent!\n");
}

• exec()
  • 프로그램을 새로운 프로세스로 만들어주는 시스템 콜

int main(){
    int pid;
    pid = fork();
    if(pid == 0) {
        printf("\n Hello. I am child!\n")
        execlp("/bin/date","/bin/date", (char *)0);
    }
    else if(pid>0)
        printf("\n Hello. I am parent!\n");
}

• 꼭 fork()를 하고 exec() 해야 하는건 아님.
• wait()
  • 프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 하면
    • 커널은 child가 종료될 때 까지 A를 sleep시킴 (block 상태)
    • child 프로세스가 종료되면 커널은 A를 깨운다 (ready상태)
• exit()
  • 프로세스 종료
  • 자발적인 종료
    • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해
    • 프로그램에 명시적으로 넣어주지 않아도 main() 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
  • 비자발적 종료
    • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제종료 시킴
      • 자식 프로세스가 한계치 넘어서는 자원 요청
      • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
      • 키보드로 kill, break 등을 친 경우
      • 부모가 종료하는 경우
        • 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨

프로세스 간 협력

• 독집적 프로세스 (Independent process)
  • 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함
• 협력 프로세스 ( Coopoerating process)
  • 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음
• 프로세스간 협력 메커니즘 (IPC : Interporcess Communication)
  • 메시지를 전달하는 방법
    • message passing : 커널을 통해 메시지 전달
  • 주소 공간을 공유하는 방법
    • shared memory : 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음
    • thread
      • 사실상 스레드는 하나의 프로세스 안에 존재하므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만 프로세스를 구성하는 스레드들 간에는 주소공간을 공유하므로 협력이 가능

Message Passing

• 프로세스 사이에 공유 변수(shared variable) 를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템
  • Data Communication
    • 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
  • Indirect Communication
    • mailbox 또는 port를 통해 메시지 간접 전달

Interprocess communication

프로세스는 메모리를 각자 가지지만 이 방식을 사용하면 shared memory영역을 가진다.

• 커널에 shared memory를 사용한다는 시스템 콜을 해야함.
• 커널이 shared memory 생성

CPU and I/O Bursts in Program Execution

• cpu burst
  • load store
  • add store
  • read from file
• I/O burst

프로그램이 실행 될 때 CPU burst와 I/O burst가 번갈아 가며 실행된다.

CPU-burst Time의 분포

• CPU burst가 짧고 I/O가 많이 끼어들면 I/O 바운드 잡이라고 함.
• CPU burst가 길게 일어나면 CPU 바운드 잡
• 여러 종류의 프로세스들이 섞여 있으므로 CPU스케줄링이 필요하다.
  • I/O bound job일 경우 필요 !!

프로세스의 특성 분류

• I/O-bound process
  • CPU를 잡고 계산하는 시간보다 I/O에 많은 시간이 필요한 job
  • many short CPU bursts
• CPU-bound process
  • 계산 위주의 job
  • few very long CPU bursts

CPU Scheduler & Dispatcher

• CPU Scheduler
  • Ready 상태의 프로세스 중에서 이번에 CPU를 줄 프로세스를 고른다
• Dispatcher
  • CPU의 제어권을 CPU 스케줄러에 의해 선택된 프로세스에게 넘긴다.
  • 이 과정을 context switch(문맥 교환)이라 한다.
• CPU 스케줄링이 필요한 경우는 프로세스에게 다음과 같은 상태 변화가 있는 경우
  • 1. Running -> Blocked (ex: I/O 요청하는 시스템 콜)
  • 2. Running -> Ready (ex: 할당 시간 만료로 timer interrupt)
  • 3. Blocked -> Ready (ex: I/O 완료후 인터럽트)
  • 4. Terminate
  1)과 4)는 nonpreemptive(=강제로 빼앗지 않고 자진 반납)
  나머지들은 preemtive(= 강제로 빼앗음)