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프로세스란 무엇인가?

  • Process is a program is execution (실행중인 프로그램)
  • 프로세스의 문맥 (context)
    • CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
      • Program Counter
      • 각 종 register
    • 프로세스의 주소 공간 (메모리 관련)
      • code, data, stack
    • 프로세스 관련 커널 자료 구조 (운영체제 역할)
      • PCB (Process Control Block)
      • Kernel stack

프로세스의 상태 (Process State)

  • 프로세스는 상태 (state) 가 변경되며 수행된다.
    • Running
      • CPU를 잡고 instruction 을 수행중인 상태
    • Ready
      • CPU를 기다리는 상태 (메모리 등 다른 조건을 모두 만족하는 상태)
    • Blocked (wait, sleep)
      • CPU를 주어도 당장 instruction 을 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) - 중기 스케줄러 때문에 생긴 상태 -
      • 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 중단 시킴 (메모리에 너무 많은 프로세스가 올라와 있을 때 )
      • Blocked : 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready
      • Suspended : 외부에서 resume해 줘야 Active
    • New : 프로세스가 생성중인 상태
    • Terminated : 수행(excution)이 끝난 상태

  • PCB
    • 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보
    • 다음의 구성 요소를 가진다 (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, stack 의 위치 정보
      • 4) 파일 관련
        • Open file descriptors

문맥 교환 (Context Switch)

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

프로세스를 스케줄링하기 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.

스케줄러 (Scheduler)

  • Long-term scheduler (장기 스케줄러 or job scheduler)
    • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue 로 보낼지 결정
    • 프로세스에 memory (및 각종 자원)을 주는 문제
    • degree of Multiprogramming 을 제어
    • time sharing system 에는 보통 장기 스케줄러가 없음 (무조건 ready) -> 스와퍼로 관리
  • Short-term scheduler (단기 스케줄러 or CPU scheduler)
    • 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬지 결정
    • 프로세스에 CPU를 주는 문제
    • 충분히 빨라야함 (millisecond 단위)
  • Medium-Term scheduler (중기 스케줄러 or Swapper)
    • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
    • 프로세스에게서 memory 를 뺏는 문제
    • degree of multiprogramming 을 제어

Thread

  • A thread (or lightweight process) is a basic unit of CPU utilization ->cpu를 수행하는 단위
  • Thread의 구성
    • program counter
    • register set
    • stack space
  • Thread 가 동료 thread 와 공유하는 부분 (=task)
    • code section
    • data section
    • OS resources
  • 전통적인 개념의 heavyweight process는 하나의 thread를 가지고 있는 task로 볼 수 있다.

장점

  • 다중 스레드로 구성된 태스크 구조에서는 하나의 서버 스레드가 blocked(waiting) 상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 스레드가 실행(runnig) 되어 빠른 처리를 할 수 있다.
  • 동일한 일을 수행하는 다중 스레드가 협력하여 높은 처리율(throughput) 과 성능 향상을 얻을 수 있다.
  • 스레드를 사용하면 병렬성을 높일 수 있다.
  • 응답성이 좋다 -> 웹브라우저
  • 자원 공유 -> 똑같은 일을 하는 프로그램이 여러개가 있다면 별도의 프로세스로 사용하지 않고 이걸 하나의 프로세스로 만들고 -> cpu 수행 단위만 여러 개로 만든듦 -> 코드 데이터 각종 자원은 스레드들이 공유하게 됨-> 자원 효율적 사용
  • 경제적
    • 프로세스를 하나 만드는 것보다는 프로세스 하나 안에 스레드를 추가하는 게 오버헤드가 더 적음
    • 하나의 프로세스에서 다른 프로세스로 넘어가는 것 (cpu가 넘어감) 보다는 프로세스 내부에서 스레드간 움직이는 게 더 효율적임
  • 멀티프로세서일 경우 각각의 스레드가 서로 다른 cpu 에서 병렬적으로 일 시키는게 가능함 (행렬 곱)

  • 프로세스마다 위의 주소 공간이 만들어짐
  • 프로세스 하나를 관리하기 위해 운영체제 내부에 PCB라는걸 둠
  • 프로그램 카운터는 메모리의 어느부분을 실행하는지를 가리킴

  • 프로세스는 하나만 올려놓고 프로그램 카운터를 여러개 두는걸 쓰레드라고 함 (메모리 낭비 방지)

출처 링크

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참고