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동호의 블로그

Process Management

•3 min•654 words
OS

김덕수 교수님 운영체제 강의를 듣고 정리한 글입니다.

🎯 학습 목표

  • What is the process?
  • Process state
  • Interrupt handling

🔷 프로세스

✔︎ Job vs Process

  • 작업(Job) / 프로그램(Program)
    • 실행 할 프로그램 + 데이터
    • 컴퓨터 시스템에 실행 요청 전의 상태
  • 프로세스(Process)
    • 실행을 위해 시스템(커널)에 등록된 작업
    • 시스템 성능 향상을 위해 커널에 의해 관리 됨
  • 프로그램이 메모리에 적재되면 프로세스가 됨

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✔︎ 프로세스의 정의

  • 프로세스 → 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

✔︎ 프로세스의 종류

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✔︎ 자원(Resource)의 개념

  • 커널의 관리 하에 프로세스에게 할당/반납 되는 수동적 개체(passive entity)
  • 자원의 분류
    • H/W resources
      • Processor, memory, disk, monitor, keyboard, Etc.
    • S/W resources
      • Message, signal, files, installed SWs, Etc.

🔷 Process Control Block (PCB)

  • OS가 프로세스 관리에 필요한 정보 저장
  • 프로세스 생성 시, 생성 됨

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✔︎ PCB가 관리하는 정보

  • PID: Process Identification Number
    • 프로세스 고유 식별 번호
  • 스케줄링 정보
    • 프로세스 우선순위 등과 같은 스케줄링 관련 정보들
  • 프로세스 상태
    • 자원 할당, 요청 정보 등
  • 메모리 관리 정보
    • Page Table, segement table 등
  • 입출력 상태 정보
    • 할당 받은 입출력 장치, 파일 등에 대한 정보 등
  • 문맥 저장 영역 (context save area)
    • 프로세스의 레지스터 상태를 저장하는 공간 등
  • 계정 정보
    • 자원 사용 시간 등을 관리
Note
  • PCB 정보는 OS 별로 서로 다름
  • PCB 참조 및 갱신 속도는 OS의 성능을 결정 짓는 중요한 요소 중 하나

🔷 프로세스의 상태

  • 프로세스의 상태는 자원 간의 상호작용에 의해 결정

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✔︎ Process State Transition Diagram

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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

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✔︎ 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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  • Preemption
    • Running state → ready state
    • 프로세서 스케줄링 (e.g., time-out, priority changes)
  • Block/sleep
    • Running state → asleep state
    • I/O 등 자원 할당 요청

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✔︎ Blocked / Asleep State

  • 프로세서 외에 다른 자원을 기다리는 상태
    • 자원 할당은 System call에 의해 이루어짐
  • Wake-up
    • Asleep state → ready state

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✔︎ 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)

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✔︎ 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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✔︎ 프로세스 관리를 위한 자료구조

  • Ready Queue
  • I/O Queue
  • Device Queue

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🔷 인터럽트

  • 인터럽트 → 예상치 못한, 외부에서 발생한 이벤트
  • 인터럽트의 종류
    • I/O interrupt
    • Clock interrupt
    • Console interrupt
    • Program check interrupt
    • Machine check interrupt
    • Inter-process interrupt
    • Systme call interrupt

✔︎ 인터럽트 처리 과정

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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
    • 현재 프로세스의 Register context를 저장하는 작업
  • Context restoring
    • Register context를 프로세스로 복구하는 작업
  • Context switching
    • 실행 중인 프로세스의 context를 저장하고,
    • 앞으로 실행 할 프로세스의 context를 복구하는 일 (커널의 개입으로 이루어짐)
  • Context Switch Overhead
    • Context switching에 소요되는 비용
      • OS마다 다름
      • OS의 성능에 큰 영향을 줌
    • 불필요한 Context switching을 줄이는 것이 중요
      • 예) 스레드(thread) 사용 등