[운영체제] Process Management

Job/프로그램

• 실행 할 프로그램 + 데이터
• 컴퓨터 시스템에 실행 요청 전의 상태
• 디스크에 있는 프로그램

프로세스

• 실행을 위해 시스템(커널)에 등록된 작업
• 시스템 성능 향상을 위해 커널에 의해 관리 됨
• 메모리에 적제된 상태

프로세스의 정의

• 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

자원(Resource)의 개념

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

Process Control Block(PCB)

• os가 프로세스 관리에 필요한 정보 저장
• 프로세스 생성시 생성 됨(커널에 생성)

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, segment 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

PCB 정보는 os 별로 서로 다름

PCB 참조 및 갱신 속도는 os의 성능을 결정 짓는 중요한 요소 중 하나

프로세스의 상태 (Process States)

• 프로세스 - 자원 간의 상호 작용에 의한 결정
• 프로세스 상태 및 특성

Process State Transition Diagram

Created State

• 작업(Job)을 커널에 등록
• PCB할당 및 프로세스 생성
• 커널
  • 가용 메모리 공간 체크 및 프로세스 상태 전이
  • Ready or Suspended ready

Ready State

• 프로세서(cpu) 외에 다른 모든 자원을 할당 받은 상태
  • 프로세서 할당 대기 상태
  • 즉시 실행 가능 상태
• Dispatch (or Schedule)
  • Ready State → Running State

Running State

• 프로세서와 필요한 자원을 모두 할당 받은 상태
• Preemption
  • Running state → ready state
  • 프로세서 스케줄링
• Block/sleep
  • Running state → asleep state
  • I/O 등 자원 할당 요청

Blocked/Asleep State

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

Suspended State

• 메모리를 할당 받지 못한 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)

Terminated/Zombie State

• 프로세스 수행이 끝난 상태
• 모등 자원 반납 후, 커널 내에 일부 PCB정보만 남아 있는 상태
  • 이후 프로세스 관리를 위해 정보 수집

프로세스 관리를 위한 자료구조

• Ready Queue
• I/O Queue
• Device Queue

인터럽트(Interrupt)

• 예상치 못한, 외부에서 발생한 이벤트

인터럽트 처리 과정

Context Switching

• 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!
  • ex) 스레드(thread) 사용 등

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