운영체제 - Process Management

Process Management

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

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(active entity)

✓ 실행 중에 각종 자원을 요구, 할당, 반납하며 진행

 

★ Process Control Block (PCB)

• 커널 공간 (kernal space) 내에 존재
• 각 프로세스들에 대한 정보를 관리

프로세스의 종류

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

PCB가 관리하는 정보

★ PID : Process Identification Number

• 프로세스 고유 식별 정보

★ 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 - 자원간의 상호작용에 의해 결정

★ 프로세스 상태 및 특성

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

Ready State

★ 프로세서 외에 다른 모든 자원을 할당 받은 상태

• 프로세서 할당 대기 상태
• 즉시 실행 가능 상태

★ Dispatch (or Schedule)

Running State

★ 프로세서와 필요한 자원을 모두 할당 받은 상태

★ Preemption

• Running state → ready states
• 프로세서 스케줄링 (e.g, time-out, priority changes)

★ Block/sleep

• Running state → asleep state
• I/O 등 자원 할당 요청

Blcked / Asleep State

★ 프로세서 외에 다른 자원을 기다리는 상태

• 자원 할당은 System call에 의해 이루어짐

★ Wake-up

• Asleep state → ready state

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)

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

프로세스 관리를 위한 자료구조

★ Ready Queue

★ I/O Queue

★ Device Queue

인터럽트 (Interrupt)

★ 예상치 못한, 외부에서 발생한 이벤트

• Unexpected, external events

★ 인터럽트의 종류

• I/O interrupt
• Clock interrupt
• Console interrupt
• Program check interrupt
• Machine check interrupt
• Inter-process interrupt
• System call interrupt

인터럽트 처리 과정

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 ~= Process switching

• 실행 중인 프로세스의 context를 저장하고, 앞으로 실행 할 프로세스의 context를 복구 하는 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