운영체제 3강

프로세스의 개념

• Process is a program in execution

• 프로세스의 문맥(context)

  • 프로그램의 코드가 어디까지 실행을 했는가, data의 변수가 어떻게 되었는가? Register에 어떤 값을 넣어놓고, instruction을 어디까지 실행을 해야했는가에 대한 모든 요소를 문맥이라 한다.
  • CPU의 수행상태를 나타내는 하드웨어 문맥
    • Program Counter
    • 각종 register
  • 프로세스의 주소공간
    • code,data,stack
  • 프로세스 관련 커널 자료구조
    • PCB(Process Control Block) - 운영체제는 프로그램이 실행될때마다, 프로그램을 컨트롤 하기 위한 1개의 PCB block이 생성된다.
    • Kernal stack - 각 프로세스의 코드를 실행 중에, 시스템콜이 일어났을때, 해당 프로세스만의 커널 스택

• Time sharing, Multi Process이기 때문에, 현재 실행중인 프로세스가 다른 프로세스에게 넘겨줄때, 현재의 작업현황을 백업을 해놔야, 다음 실행때, 이어서 작업이 가능하다.

프로세스의 상태(Process State)

• 프로세스는 상태가 변경되며 수행한다.

  • Running

    • CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태

  • Reday

    • CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른 조건을 모두 만족하고 있는상태)

  • Blocked(wait, sleep)

    • CPU를 주어도, 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
    • Process 자신이 요청한 event(I/O)가 즉시 만족되지않아 이를 기다리는 상태( 디스크에서 file을 읽어와야하는 경우 )

  • New : 프로세스가 생성중인 상태

  • Terminated : 수행이 끝난 상태

  • CPU의 Redey Queue에 대기를 한다. 그러다가 CPU에서 Process가 동작을 하다가, I/O 작업이 있을때, Disk Queue에서 대기를 하면서 Process의 상태를 blocked(wait/sleep) 상태로 바뀌어서 들어간다.

  • 이러한 큐들은 Kenal Address space의 자료구조로 있고, 프로세스의 상태를 조정하고, 위치에 따라 queue에 넣어준다.

    Process Control Block(PCB)

- 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보
- OS가 관리상 사용하는 정보
    - Process state, Process ID
    - scheduling information, priority
- CPU 수행 관련 하드웨어 값
    - Program counter, registers
- 메모리 관련
    - Code, data, stack의 위치정복
- 파일 관련
    - Open file descriptors

문맥 교환(Context Switch)

• CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정
• CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈때 운영체제는 다음을 수행
  • CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
  • CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어옴

• System call이나 Interrupt 발생시 반드시 context switch가 일어나는 것은 아님

• System call이나 interrupt 발생시 Kernal mode로 변환이 일어나지만, 이 것을 Context switch를 의미하지 않고, 사용자 프로세스가 변환이 일어나는 것이 Context switch라고 한다.
• 운영체제로 변환이 일어날때에도 PCB에 저장을 하기 하지만, Context switch가 일어나는 경우보다 부담이 덜하다. ( cache memory flush : 프로세스가 달라지면, 캐쉬 메모리를 다 지워버리는 것을 의미)

프로세스를 스케쥴링하기 위한 큐

• Job queue
  • 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합
• Ready queue
  • 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합
• Device queues
  • I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합
• 프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행된다.
• Linked List (head, tail)

• 인터럽트일때 ready queue에 대기를 하는것을 아니다.

스케줄러

• Long-term-scheduler(장기 스케쥴러 or job scheduler)
  • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정
    • 메모리가 생성 시, memory에 올라가는걸 허락
  • 프로세스에 memory을 주는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어
    • 메모리에 프로세스의 수를 제어
  • time sharing system에는 보통 장기 스케쥴러가 없음(무조건 ready)
    • 우리가 사용하는 대부분의 시스템에서는 장기 스케쥴러가 없음
• Short-term scheduler(단기 스케쥴러 or CPu scheduler)
  • 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬지 결정
  • 프로세스에 CPU를 주는 문제
  • 빨라야함(ms 단위)
• Medium Term Scheduler(중기 스케줄러 or Swapper)
  • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫒아냄
  • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어
    • 메모리에 동시에 올라간 프로그램 수가 많으면, 프로세스를 뺏는다.
  • 요즘 컴퓨터에서 쓰이는 방법

프로세스의 상태 2(현대 운영체제)

• Running , Ready, Blocked은 동일
• Suspended(stopped) : 중기 스케줄러 때문에 생긴 개념
  • 외부적인 이유로 프로세스 수행이 정지된 상태
  • 프로세스는 통째로 디스크에서 swap out 된다.
    • 사용자가 프로그램을 일시정지시킨 경우(break key)
    • 시스템이 여러이유로 프로세스를 잠시 중단시킴
• Blocked는 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready로 바뀜
• Suspended는 외부에서 resume 해주어야 Active