프로세스와 스레드

프로세스 = 실행중인 프로그램

실행 전에는 @보조기억장치에 저장

실행 중에는 @메모리에 적재되며 프로세스를 생성

 

프로세스를 확인하는 쉬운방법은 우리가 상시? 확인하는 작업관리자의 프로세스 탭!

(유닉스는  ps 명령어로 확인 가능!)

 

프로세스에는 두가지가 있습니다.

1. 사용자가 볼 수 있는 포그라운드 프로세스 (foreground process)

2. 사용자가 볼 수 없는 백그라운드 프로세스 (background process)

백그라운드 프로세스는

사용자와 상호작용을 하는 프로세스와 하지 않는 프로세스로 나뉘며,

사용자와 상호작용을 하지 않는 프로세스를 유닉스에서는 데몬, 윈도우에서는 서비스라고 부릅니다.

(윈도우의 서비스는 작업관리자의 탭에서 확인이 가능합니다)

프로세스 제어블록

프로세스 실행을 위해서는 CPU가 필요합니다

하지만 CPU 자원은 한정적이죠.

=> 프로세스들이 돌아가며 한정된 시간만큼만 사용하기로 합니다

이 때 한정된 시간이 다 되었음을 알리는 것이 인터럽트! (타이머 인터럽트)

인터럽트가 발생한다면, 다음 내 차례가 올 때까지 줄을 기다려야합니다!

운영체제는 여기서 프로세스의 실행 순서를 관리하고, 자원을 배분하는 역할을 하는 것

(이를 프로세스 제어블록 PCB, Process Control Block 이라고 부름)

 

• 프로세스와 관련된 정보를 저장하는 자료구조 (상품 태그와 같다.. 제품을 식별하기 위한 정보를 저장)
• 메모리의 커널 영역에 생성
• 프로세스 생성 시 만들어지고, 끝나면 폐기\

 

프로세스 제어블록에 담긴 정보들

프로세스 ID (PID)

: 프로세스의 주민번호와 같은 식별 번호, 같은 프로그램을 여러번 수행해도 각각의 고유번호 존재.

레지스터 값

: 진행했던 작업을 이어서 진행하기 위해 레지스터의 중간값들을 모두 복원

프로세스 상태

: 입출력장치를 사용하기 위해 대기중인지, CPU 사용 대기중인지, CPU 이용중인지, 등의 상태정보

CPU 스케줄링 정보

: 언제 어떤 순서로 CPU를 할당받을지에 대한 정보

메모리 관련 정보

: 프로세스마다 메모리에 저장된 위치가 다르기 때문에, 어느 주소에 저장되어있는지에 대한 정보 를 저장

사용한 파일과 입출력장치 목록

: 입출력장치나 파일을 사용한 내용 명시

 

=> 위 모든 정보가 모든 프로세스마다 가격표처럼 붙어있다고 생각하면 됩니다!

 

문맥 교환 (Context Switch)

프로세스A의 실행시간이 도달했을 때, 다음 차례 때 이어서 실행을 위한 중간정보 데이터들 (레지스터값, 메모리 정보, 열었던 파일, 입출력 장치 등)을 백업해야함

이렇게 기억해야할 정보 (중간정보)를 문맥 이라고 하며 PCB에 표현되어있다.

PCB에 저장되는 정보가 곧 문맥이라고 봐도 무방.

=> 그렇기 때문에 타이머 인터럽트가 아닌 다른 예기치 못한 인터럽트가 발생했을 때도 PCB를 보면 이 어서 작업을 진행할 수 있다.

 

문맥 교환의 과정

그렇다면 프로세스 A의 실행 시간이 끝났을 때 백업을 해야겠죠?

=> PCB에 문맥을 백업

이제 새로운 프로세스 B를 실행하려면 기존 작업 내용 (즉, 문맥)을 가져와야겠죠?

=> PCB에서 문맥을 가져오기

 

OK! PCB는 메모리의 커널영역에 생성된다면, 사용자 영역에는 뭐가 저장돼?

정적 할당 영역 (크기가 고정)

• 코드 영역 (=텍스트 영역) : 기계어로 이루어진 명령어. 읽기 전용 공간으로 쓰기가 금지되어있음
• 데이터 영역 : 프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터가 저장되는 공간 전역변수: 프로그램 실행동안 유지되며, 프로그램 전체에서 접근할 수 있는 변수

동적 할당 영역 (크기가 유동적)

    힙 영역

    : 프로그래머가 직접 할당할 수 있는 저장 공간. 할당을 했다면 반환도 해야함.

      => 더이상 사용하지 않는다 (인터럽트)고 운영체제에 알림

           그렇지 않으면 메모리만 초과시킬 뿐.. (현재 실행중인 프로세스가 아니니까)

           이렇게 반환하지 않아서 메모리 낭비를 초래하는걸 메모리 누수 라고 합니다

스택 영역 

    : 데이터를 일시적으로 저장. 담기는 값말고 잠깐 쓰다 말 값들.

      e.g.) 함수의 실행이 끝나면 사라지는 매개변수, 지역변수가 대표적

 

 

프로세스 상태와 계층 구조

작업관리자 프로세스탭에 가면 상태를 볼 수 있습니다 (실행중, 일시정지, 등)

운영체제는 그런 상태를 PCB에 기록하고 동시에 실행되고있는 많은 프로그램들을 계층적으로 관리하지

 

프로세스 상태

생성 new

: 생성중인 상태로 CPU 할당을 기다림

준비 ready

: 실행 차례를 기다리는 상태. (이 때 내 차례가 되어 실행상태로 전환되는 것을 dispatch 라고함)

실행 running

: CPU를 할당받아 실행중인 상태. 일정 시간 동안만 사용 가능하며 타이머 인터럽트 발생 시 다시 준비상태로 돌아감 실행 도중 입출력장치를 사용하여 입출력 장치의 작업이 끝나길 기다리는 동안은 대기상태

대기 blocked (waiting)

: 위와 같이 입출력이 끝날 때까지 (입출력 완료 인터럽트) 기다리는 상태

종료 terminated

: 프로세스 종료된 상태. 운영체제는 PCB와 프로세스가 사용한 메모리를 정리

 

스레드 (thread)

프로세스를 구성하는 실행 흐름의 단위

프로세스당 여러개의 스레드가 있을 수 있음

웹브라우저 프로세스안에

• 화면 출력 스레드
• 입력 스레드
• 검색 스레드

와 같이 여러개 스레드가 있을 수 있다는 말씀 !!

여러개의 스레드는 동시 실행 가능! => 멀티 스레드 프로세스라고 부릅니다

 

어떻게 스레드로 나누어서 실행할 수 있지?

스레드의 구성 요소

: 스레드 ID, 프로그램 카운터, 레지스터 값, 스택 등 => 실행에 필요한 최소한의 정보만 유지

프로세스의 자원을 공유하며 실행이 된다..

각 스레드의 영역이 나누어져있는 것이 아니라 프로세스의 자원을 공유하여 실행하는 것. (이미지 참고)

 

* 리눅스는 프로세스와 스레드를 구분하지 않습니다

  리눅스 토르발즈 왈: 스레드는 그냥 문맥이야; ; 뭘 구분해 ; ; 

 

 

멀티 프로세스 vs 멀티 스레드

프로세스끼리는 자원을 공유하지 않지만, 스레드는 같은 프로세스 내에서 자원을 공유한다.

=> 여기서 큰 차이점이 있는 것.

 

멀티 프로세스 예시.

fork를 하면 모든 자원이 복제되어 저장됨

=> 모든것이 동일한 저장소가 2개가 되는 셈. 포크를 할 수록 같은 저장소가 늘어만 가겠죠?

 

멀티 프로세스: 같은 PCB 가격표를 여러개 가지고 있음 -> 남남처럼 독립적으로 실행

멀티 스레드: PCB 값을 공유해서 하나를 가지고 씀 -> 협력과 통신에 유리

 

단, 프로세스 간에도 자원을 주고받을 수 있습니다 (프로세스간 통신 IPC)

단지 스레드보다 협력/통신이 유리하지 않을 뿐