Skip to content

Process.md

Latest commit

 

History

History
220 lines (132 loc) · 6.84 KB

Process.md

File metadata and controls

220 lines (132 loc) · 6.84 KB

CH3 Process

프로세스의 개념

Process is a program in execution

프로세스의 문맥 (Context)

  • CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥

    • Program Counter (PC)

    • 어디를 가리키고 있는지

    • 각종 register

    • 어떤 값 가지는지

  • 프로세스의 주소 공간 (메모리)

    • code, data, stack

  • 프로세스 관련 커널 자료구조

    • PCB(Process Control Block) 프로세스가 하나 실행될 때마다 PCB가 관리

    • Kernel Stack

프로세스의 상태 (Process State)

  • Running
    • CPU 잡고 instruction 수행
  • Ready
    • CPU를 기다리는 상태 (메모리 등 다른 조건 모두 만족)
  • Blocked (wait, sleep)

    • CPU 를 얻어도 instruction 수행할 수 없는 상태

    • I/O 처럼 오래 걸리는 작업 중

      ex) Disk에서 file을 읽어와야 하는 경우

추가적인 상태

  • New : 프로세스 생성중인 상태
  • Terminated : 수행이 끝난 상태

모든 자원이 놀지 않고 일을 잘 할 수 있게 해주는 매커니즘이 필요

Process Control Block (PCB)

운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보

구조체

  1. OS 가 관리상 사용하는 정보
  2. CPU 수행 관련 하드웨어 값
  3. 메모리 관련
  4. 파일 관련

문맥 교환 (Context Switch)

CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정

  • CPU 에서 실행중이던 프로세스의 상태를 PCB에 저장

  • 새롭게 얻는 프로세스 상태를 PCB에서 읽어옴

  • System call 이나 Interrupt 발생시 반드시 context switch가 일어나는 것은 아님

프로세스를 스케줄링하기 위한 큐

  • Job queue

    • 모든 시스템 내의 집합

  • Ready queue

    • 메모리 내에서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스 집합

  • Device queues

    • I/O 처리를 기다리는 프로세스 집합

프로세스들은 각 큐를 오가며 실행

스케줄러 (Scheduler)

순서를 정해준다

  • Long-term scheduler (job scheduler)

    • 프로세스에 memory(자원)를 주는 문제

    • 요즘에는 사용하지 않음 time sharing system 에서는 무조건 ready

  • Short-term scheduler (CPU scheduler)

    • 어떤 프로세스를 다음에 running 시킬지 정함

  • Medium-term scheduler (Swapper)

    • 메모리에 많은 프로그램이 올라와있으면

    • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄

프로세스의 상태 (Process State)

  • Running

  • Ready

  • Blocked (wait, sleep)

    • I/O 등의 event를 스스로 기다리는 상태

  • Suspended (stopped)

    • 외부적인 이유로 수행이 정지된 상태

    • 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다

차이점

Blocked : 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready

Suspended : 외부에서 resume 해주어야지 Active 가능

요약

  • 동기식 입출력과 비동기식 입출력

  • 프로세스 스케줄링 큐의 모습

  • Thread

동기식 입출력과 비동기식 입출력

동기식 입출력

  • I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램에 넘어감
  • 구현 1
    • I/O 가 끝날 때 까지 CPU를 낭비하면서 기다림
  • 구현2
    • I/O가 끝날 때 까지 해당 프로그램에서 CPU를 빼앗음

Thread

프로세스 내부에 CPU 수행 단위가 여러 개 있는 경우, 프로세스를 별도로 두는 것보다 프로세스 안에 thread를 여러개 두는 것이 더 가벼움

CPU 실행 단위

= lightweight process ↔ heavyweight process

  • Thread 구성 (공유하지 않는 것)
    • program counter
    • register set
    • stack space
  • Thread 가 동료 thread와 공유하는 부분 (task)
    • code section
    • data section
    • OS resources
  • 장점
    • 쓰레드 하나가 blocked 상태일 때 다른 쓰레드 실행 가능해서 응답 시간 빠르다
    • 자원 절약 : 다중 스레드가 협력하여 높은 처리율(throughput)과 성능 향상
    • 병렬성을 높일 수 있음

PCB

  • 프로세스의 상태를 나타냄

※ CPU 수행 단위가 여러개 있게 되면, Stack도 별도로 가짐!

  • 전통적인 개념의 heavyweight process는 하나의 thread를 가지고 있는 task로 올 수 있음
  • 위의 그림처럼, 프로세스는 하나만, 프로그램 카운터만 여러개 띄워놓음
  • 프로세스 하나에 CPU 수행단위만 여러개 두고 있는 것이 쓰레드
  • 다중 쓰레드로 구성된 태스크 구조에서는 하나의 서버 쓰레드가 blocked(waiting) 상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 스레드가 실행(running)되어 빠른 처리를 할 수 있음
  • 동일한 일을 수행하는 다중 쓰레드가 협력하여 높은 처리율(throughput) 과 성능 향상을 얻을 수 있음
  • 스레드를 사용하면 병렬성을 높일 수 있음
    • 쓰레드를 이용하면 빠른 응답정 제공과 자원을 절약할 수 있는 장점이 있음
    • 같은 일을 하는 프로세스를 여러개 띄워놓게 되면, 각각의 메모리에 올라가야하므로 메모리 낭비가 심함
    • 하지만, 하나의 프로세스에 하나의 쓰레드만 놓게 되면, 성능 향상이나 자원 절약이 가능함
  • Process는 하나기 때문에 PCB도 하나로 생성
  • Process 안에 쓰레드가 여러개면, CPU 수행과 관련된 내용(program counter, registers)만 copy

Benefits of Threads

  • Responsiveness (응답성)
    • 홈페이지 접속할 때 이미지 넣어서 사용자에게 보여줌 → 속도 빨라짐
  • Resource Sharing
  • Economy
    • 프로세스 하나 내에 쓰레드 추가 하는 거 오버해드가 적다
    • 프로세스 내의 thread간의 cpu switch는 간단
    • 프로세스 스위치는 오버해드 큼
  • Utilization of MP Architectures
    • 멀티 프로세스 내에서 병렬 실행 가능

Implementation of Threads

  • Kernel Threads

  • User Threads

    • library 지원을 받음