[운영체제] 프로세스 관리 1, 2

프로세스 생성(Process Creation)

• 부모 프로세스가 자식 프로세스 생성
• 프로세스의 트리(계층 구조) 형성
• 프로세스는 자원을 필요로 함
  • OS로부터 받는다
  • 부모와 공유한다
• 자원의 공유
  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부를 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델
• 수행(Execution)
  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료(terminate) 될 때까지 부모가 기다리는(wait) 모델
• 주소 공간(Adress space)
  • 자식은 부모의 공간을 복사함(binary and OS data)
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림
• UNIX ex.
  • fork() 시스템콜이 새로운 프로세스를 생성
    • 부모를 그대로 복사
    • 주소 공간 할당
  • fork 다음에 이어지는 exec() 시스템콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림

---

프로세스 종료(Process Termination)

• 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 OS에게 이를 알려줌 (exit)
  • 자식이 부모에게 output data를 보냄 (via wait)
  • 프로세스의 각종 자원들이 OS에게 반납됨
• 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴(about)
  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
  • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
  • 부모가 종료(exit)하는 경우
    • OS는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다
    • 단계적인 종료

---

wait() 시스템 콜

• 프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면
  • 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep시킨다 (block 상태)
  • child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다 (ready 상태)

---

exit() 시스템 콜

• 프로세스의 종료
  • 자발적 종료
    • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해
    • 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
  • 비자발적 종료
    • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
      • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청
      • 자식에게 할당죈 태스크가 더 이상 필요하지 않음
    • 키보드로 kill, break 등을 친 경우
    • 부모가 종료하는 경우
      • 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨

---

프로세스 간 협력

• 독립적 프로세스 (Independent process)
  • 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함
• 협력 프로세스 (Cooperating process)
  • 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 없음
• 프로세스 간 협력 메커니즘(IPC : Interprocess Communucation)
  • 메세지를 전달하는 방법
    • message passing: 커널을 통해 메세지 전달
  • 주소 공간을 공유하는 방법
    • shared memory: 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음
    • thread: thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만 동일 한 process를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

---

Message Passing

• Message system
  • 프로세스 사이에 공유변수(shared variable)를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템
• Direct Communication
  • 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시

• Indirect Communication
  • mailbox (또는 port)를 통해 메세지를 간접 전달

---

CPU-burst Time의 분포

• 여러 종류의 job(=process)이 섞여 있기 때문에 CPU 스케줄링이 필요하다
  • Interactive job에게 적절한 response 제공 요망
  • CPU와 I/O 장치 등 시스템 자원을 골고루 효율적으로 사용

---

프로세스의 특성 분류

• 프로세스는 그 특성에 따라 다음 두 가지로 나눔
  • 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 scheduler에 의해 선택된 프로세스에게 넘긴다
  • 이 과정을 context switch(문맥 교환)라고 한다
• CPU 스케줄링이 필요한 경우는 프로세스에게 다음과 같은 상태 변화가 있는 경우이다
  1. Running → Blocked (ex. I/O 요청하는 시스템 콜)
  2. Running → Ready (ex. 할당시간만료로 timer interrupt)
  3. Blocked → Ready (ex. I/O 완료후 인터럽트)
  4. Terminate
  • 1, 4에서의 스케줄링은 nonpreemptive (=강제로 빼앗지 않고 자진 반납)
  • All other scheduling is preemptive(=강제로 빼앗음)