3장-프로세스

1. 프로세스 기본 개념

실행 중인 프로그램. (Process is a program in execution)
운영체제가 프로그램을 메모리에 할당하여 실행하면 이를 프로세스라고 한다.

프로세스들이 time-sharing하면서 계속 번갈아 가면서 실행되기 때문에 프로세스의 문맥을 파악해야 다시 실행할 수 있다.

프로세스는 상태가 변경되며 수행된다.

Running
- CPU를 잡고 instruction을 수행 중인 상태
- usermode, monitor mode
Ready (in memory)
- CPU를 기다리는 상태
- 모든 준비는 끝나있고 CPU만 할당하면 instruction을 실행할 수 있다.
- 메모리에 물리적으로 올라가 있는 상태이다.
Blocked (wait, sleep)
- CPU를 주어도 당장 isntrtuction을 수행할 수 없는 상태
- Process 자신이 요청한 event (예: I/O)가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태
- ex) 디스크에서 file을 읽어 와야 하는 경우
- 자신이 요청한 event가 만족되면 ready된다.
Suspended (stopped)
- 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
- 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다.
- ex) 사용자가 프로그램을 일시 정지 시킨 경우 (break key)
- ex) 메모리에 너무 많은 프로세스가 올라와 프로세스를 잠시 중단 시킨다.
- 외부에서 resume을 해주어야 active된다.
New
- 프로세스가 생성 중인 상태
Terminated
- 수행이 끝난 상태

운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스 당 유지하는 정보 (data부분에 할당되어 있다.)

OS가 관리상 사용하는 정보
- Proces State, Process ID
- scheduling Information, Priority
CPU 수행 관련 하드웨어 값
- Program counter, registers
메모리 관련
- Code, data, stack의 위치 정보
파일 관련
- Open file descriptors..

CPU를 한 프로레스에서 다른 프로세스로 넘겨 주는 과정이다.

CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행한다.

즉, 다음에 해당 프로세스의 실행을 재개하기 위해서 프로세스 문맥을 저장해야 한다.

시스템 콜이나 인터럽트 발생 시 반드시 문맥 교환이 발생하는 것은 아니고 다른 프로세스에 CPU를 넘겨주어야 문맥 교환이 발생하는 것을 유념해야 한다.

프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행된다.

Long-tem scheduler (장기 스케줄러 or JOB scheduler)
- 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼 지 결정한다.
- 프로세스에 momory(및 각종 자원)을 주는 문제
- degree of Multiprogramming을 제어한다.
  - 메모리에 올라가 있는 프로세스의 수를 제어한다
  - 메모리에 프로그램이 너무 많이 올라가면 성능이 좋지 않다.
  - 메모리에 프로그램이 너무 적게 올라가도 성능이 좋지 않다.
- time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없다. (무조건 ready이다.)
Short-term scheduler (단기 스케줄러 or CPU scheduler)
- 어떤 프로레스를 다음 번에 running 시킬 지를 결정한다.
- 프로레스에 CPU를 주는 문제
- 충분히 빨라야 한다. (ms 단위)
Medium-term scheduler (중기 스케줄러 or Swapper)
- 여유 공간을 마련 하기 위해서 프로세스를 통쨰로 메모리에서 디스크로 쫓아낸다.
- 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
- degree of Multiprogramming을 제어한다.
  - time sharing system에서는 장기 스케줄러가 없기 때문에 중기 스케줄러로 제어한다.

프로세스(process) 내에서 실행되는 흐름의 단위로 실질적인 CPU 수행 단위라고 생각하면 된다.
모든 프로세스에는 한 개 이상의 스레드가 존재하여 작업을 수행한다.

프로세스 내부에서 Thread들 끼리 공유하는 부분 (task)
- code section
- data section
- OS resources
별도로 갖고 있는 것
- CPU 수행과 관련된 정보 (PC, register)
- stack section

멀티 스레드로 구성된 task 구조에서는 하나의 서버 스레드가 blocked(wait)상태인 동안에도 동일한 task 내의 다른 스레드가 실행(running)되어 빠른 처리를 할 수 있다. 빠른 응답속도
- ex) 웹 브라우저 사용시 네트워크에서 웹페이지를 읽어오는 동안 해당 스레드가 blocked상태가 되어도 다른 스레드는 일을 할 수 있음.
동일한 일을 수행하는 멀티 스레드가 협력하여 높은 처리율과 성능 향상을 얻을 수 있다. 자원 절약, 자원 공유
- 동일한 일을 하는 여러 프로세스를 사용하면 프로세스만의 독자적인 주소공간이 만들어져야 하고 이는 메모리를 차지하게 된다.
- 각각의 메모리에 code, data, stack이 올라가야 한다. (메모리 낭비가 심하다)
- ex) 웹브라우저 여러개 띄우는 경우
프로세스를 만드는 것과 문맥 교환을 overhead가 비싸다. (30배, 5배) 효율
- 쓰레드 생성은 간단하다.
- 쓰레드 간의 CPU 스위치는 간단하다. (동일한 주소 공간을 사용하고 있기에)
스레드를 사용하면 병렬성을 높일 수 있다.
- CPU가 여러 개라면, 병렬적으로 실행할 수 있다.