Process.md

프로세스란?

프로그램의 명령어와 정적 데이터가 메모리에 적재되면 생명이 있는 프로세스이다.

=> 실행 중인 프로그램

• 프로그램

  보조 기억장치(하드디스크, SSD)에 존재하며, 실행되기를 기다리는 명령어(코드)와 정적인 데이터의 묶음

어떻게 여러 개의 프로세스가 동시에 실행될 수 있을까?

하나의 CPU(프로세서)는 한 순간에 하나의 프로세스만 실행할 수 있다.

운영체제가 매우 빠르게 CPU가 실행할 프로세스를 교체하고 있기 때문이다.

프로세스는 어떻게 구성되어 있을까?

프로세스에 대한 정보는 프로세스 제어블록(PCB, Process Control Block) 또는 **프로세스 기술자(process descriptor)**라고 부르는 자료구조에 저장됨. PID, 프로그램 정보, 상태, 순위 등을 저장하고 있음.

• PID(Process IDentification)

  운영체제가 각 프로세스를 식별하기 위해 부여된 프로세스 식별번호

• 프로세스 상태

  실행 중이거나 대기 중인지

• 프로그램 카운터

  CPU가 다음으로 실행할 기계어가 저장된 메모리 주소를 가리키는 값

• 스케줄링 우선순위

  여러 개의 프로세스가 CPU에서 실행되는 순서

• 권한

  프로세스가 접근할 수 있는 자원을 결정하는 정보

• 프로세스의 부모와 자식 프로세스

  모든 프로세스는 부모 프로세스를 복제해서 생성됨. 이 계층관계는 트리를 형성함. (최초로 생성되는 init 프로세스 제외)

• 프로세스의 데이터와 명령어가 있는 메모리 위치를 가리키는 포인터

• 프로세스에 할당된 자원들을 가리키는 포인터

• 실행 문맥

  프로세스가 실행 상태에서 마지막으로 실행한 프로세서의 레지스터 내용. 프로세스가 교체될 때 연속적으로 실행된 것처럼 하기 위해 갖고 있음.

프로세스가 접근할 수 있는 메모리 공간

프로세스는 어떻게 관리될까?

운영체제는 프로세스를 교체하고 재시작할 때 오류가 발생하지 않도록 프로세스의 상태를 실행(running), 준비(ready), 블록(block) 상태로 분류하고 프로세스들을 상태전이(state trasition) 를 통해 체계적으로 관리함.

1. 사용자가 프로그램을 실행하면 프로세스가 생성되고 준비리스트에 추가됨.

2. 프로세스는 프로세서(CPU)가 사용 가능한 상태가 되면 할당 받음.

3. 준비 상태에서 실행 상태로 상태전이됨(디스패칭(dispatching))

4. 프로세스는 실행 상태에서 CPU를 이용해 연산 후 자발적으로 반납하고 작업이 끝나지 않았으면 다시 준비상태 에 들어감.

5. 프로세스를 다시 사용하기 전에 입출력이 완료되기를 기다려야 하는 상황이면 완료될 때까지 자신을 블록 함.

프로세스가 CPU를 독점하는 경우를 방지하기 위해 어떻게 할까?

운영체제는 하드웨어적으로 인터럽팅 클록 을 주기적으로 발생시켜 프로세스가 특정 시간 간격동안 만 실행할 수 있도록 함. 운영체제는 강제로 실행중인 프로세스의 CPU 제어권을 뺏고 프로세스는 준비 상태로 상태전이됨.

문맥 교환(Context Switching)이란?

=> CPU가 인터럽트 요청에 의해 현재 처리중인 프로세스의 PCB(문맥)을 따로 저장하고 다음 우선순위의 PCB를 가져오는 것

CPU는 동시에 여러 프로세스를 처리하는 것이 아니라 IO인터럽트나 시스템 콜에 의해 여러 프로세스를 교체하며 처리함.

문맥교환의 절차

1. 인터럽트/시스템 호출 : 운영체제에서 프로세스 스케줄러에 의해 인터럽트 발생
2. 커널 모드 전환 : 프로세스가 실행되는 사용자 모드에서 커널 모드로 전환
3. 현재 프로세스 상태 PCB 저장 : 기존 실행되는 프로세스 정보를 PCB에 저장
4. 다음 실행 프로세스 로드 : PCB에 있는 다음 실행 프로세스 상태 정보 복구
5. 사용자 모드 전환 : 커널 모드에서 사용자 모드로 전환하여 프로세스 실행

• dispatch, timeout 등 실행 상태가 전이되는 과정에서 발생함

시분할 처리(time-sharing)란?

시간을 쪼개어 하나의 처리 장치에서 두 개 이상의 처리를 가능하게 함