Process Concept

  • Process is a program in execution
  • 프로세스의 문맥 (context)
    • CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
      • Program Counter(PC)
      • 각종 register
    • 프로세스의 주소 공간
      • code, data, stack
    • 프로세스 관련 커널 자료 구조
      • PCB (Process Control Block)
      • Kernel stack
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Process State

  • 프로세스는 상태(state)가 변경되며 수행됩니다

  • Running : CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태

  • Ready : CPU를 기다리는 상태(CPU만 얻으면 실행할 수 있는 상태)

  • Blocked(wait, sleep)

    • CPU를 주어도 당장 instruction을 실행할 수 없는 상태
    • Process 자신이 요청한 event(I/O)가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태
    • 디스크에서 file을 읽어와야 하는 경우
  • New: 프로세스가 생성중인 상태

  • Terminated: 수행이 끝난 상태

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  • 각 작업의 큐는 Kernel의 Data영역에서 관리되어집니다

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PCB

  • 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보

  • 다음의 구성 요소를 가집니다 (구조체로 유지)

    1. OS가 관리상 사용하는 정보

      • Process state, Process ID
      • scheduling information, priority
    2. CPU 수행 관련 하드웨어 값

      • program counter(PC), registers
    3. 메모리 관련

      • code, data, stack의 위치 정보
    4. 파일 관련

      • Open file descriptiors…
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문맥 교환 (Context Switching)

  • CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정

  • CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 운영체제는 다음을 수행합니다

    • CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장

    • CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어옴

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  • System Call이나 Interrupt 발생시 반드시 Context switching이 일어나는 것은 아닙니다

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    • 1번의 경우에도 CPU 수행 정보 등 context의 일부를 PCB에 save해야 하지만 문맥교환을 하는 2번의 경우 cache memory flush가 발생하기 때문에 성능 부담이 훨씬 큽니다

프로세스를 스케줄링하기 위한 큐

  • Job Queue: 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합 (Process Queue + Device Queue)

  • Ready Queue: 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합

  • Device Queue: I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합

    프로세스들은 각 큐를 오가며 수행됩니다

스케줄러

  • 장기 스케줄러 (job scheduler)

    • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정합니다
    • 프로세스에 memory(및 각종 자원)을 주는 문제
    • degree of multiprogramming을 제어
    • time sharing system에는 보통 장기 스케줄러 없이 무조건 ready 상태가 됩니다
  • 단기 스케줄러 (cpu scheduler)

    • 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬 지 결정합니다
    • 프로세스에 CPU를 주는 문제
  • 중기 스케줄러 (swapper)

    • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모레에서 디스크로 쫓아냅니다

    • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제

    • degree of multiprogramming을 제어

    • 현재 시스템은 프로그램을 무조건 메모리에 올리고 swapper를 이용해서 메모리에서 쫓아낸다 (장기 스케줄러대신 중기 스케줄러를 사용한다)

      중기 스케줄러로 인해서 Suspended라는 프로세스의 상태가 추가됩니다

새로운 프로세스 상태

  • Running
  • Ready
  • Blocked
  • Suspended (stopped)
    • 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
    • 프로세스는 통째로 디스크에서 swap out 됩니다
    • (예) 메모리에 너무 많은 프로세스가 올라와서 성능이 저하되었을 때 사용자가 직접 process를 중단시거나 시스템이 중단시킵니다

Block은 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready 상태가 되어집니다

Suspended는 외부에서 다시 resume해 주어야 Activce됩니다

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참고

  • 반효경 교수님 운영체제 강의