[KOCW] 반효경 운영체제 강의 정리 - 3. Process 1

• "Process is a program in execution"
• 프로세스의 문맥 (Context)
  • CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
    • Program Counter
    • 각종 Register
  • 프로세스의 주소 공간
    • Code, Data, Stack
  • 프로세스 관련 커널 자료 구조
    • PCB(Process Control Block)
    • Kernel stack

프로세스의 상태 (Process State)

• 프로세스는 상태(state)가 변경되며 수행된다
  • Running
    • CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태
  • Ready
    • CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른 조건을 모두 만족하고)
  • Blocked(wait, sleep)
    • CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
    • Process 자신이 요청한 event(예 : I/O)가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태
    • (예) 디스크에서 file을 읽어와야 하는 경우
  • Suspended (stopped)
    • 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
    • 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다
    • (예) 사용자가 프로그램을 일시 정지시킨 경우 (break key)
      시스템이 여러 이유로 프로세스를 잠시 중단시킴
      (메모리에 너무 많은 프로세스가 올라와 있을 때)
  • New
    • 프로세스가 생성중인 상태
  • Terminated
    • 수행(execution)이 끝난 상태
  • Blocked : 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready
  • Suspended: 외부에서 resume 해 주어야 Active

• 한 개의 Process가 CPU에서 Running 상태가 됨
• Running 중에서 Disk I/O가 일어나면 Disk I/O Queue에 들어가고 Blocked 상태가 된다.
• I/O 작업이 끝나면 Ready Queue에 다시 들어간다.
• 공유 데이터에 접근시 Resource Queue에 Blocked 상태가 된다.

Process Control Block (PCB)

• PCB
  • 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보
  • 구성 요소(구조체로 유지)
    • (1) OS가 관리상 사용하는 정보
      • Process state, Process ID
      • scheduling information, priority
    • (2) CPU 수행 관련 하드웨어 값
      • Program counter, registers
    • (3) 메모리 관련
      • Code, data, stack의 위치 정보
    • (4) 파일 관련
      • Open file descriptors...

문맥 교환 (Context Switch)

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

• System call이나 Interrupt 발생 시 반드시 Context Switch가 일어나는 것은 아님

• (1)의 경우에도 CPU 수행 정보 등 Context의 일부를 PCB에 save해야 하지만 문맥교환을 하는 (2)의 경우 그 부담이 훨씬 큼 (eg. cache memory flush)

프로세스를 스케줄링 하기 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.

Ready Queue와 다양한 Device Queue

프로세스 스케줄링 큐의 모습

스케줄러 (Scheduler)

• Long-term scheduler (장기 스케줄러 or job scheduler)
  • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정
  • 프로세스에 memory(및 각종 자원)을 주는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어
  • time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음 (무조건 ready)
• Short-term scheduler (단기 스케줄러 or CPU scheduler)
  • 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬지 결정
  • 프로세스에 CPU를 주는 문제
  • 충분히 빨라야 함 (millisecond 단위)
• Medium-term scheduler (중기 스케줄러 or Swapper)
  • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
  • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어

프로세스 상태도

• inactive : 외부적인 이유로 프로세스가 정지 됨
• active : 프로세스가 동작 중

 

출처 : http://www.kocw.net/home/cview.do?lid=b31830a2b3cf1e60