[OS] 프로세스 관리

프로세스 (Process) 정의

• 실행중인 프로그램

• 커널에 등록되고 커널의 관리하에 있는 작업

• 각종 자원들을 요청하고 할당 받을 수 있는 개체

• 능동적인 개체 : 실행 중에 각종 자원을 요구, 할당, 반납

• 프로세스 관리 블록(PCB)을 할당 받는 개체

PCB (Process Control Block)

• 각 프로세스들에 대한 정보를 관리

• 프로세스 생성 시, 생성 됨

• PCB가 관리하는 정보

  • PID : 프로세스 고유 식별 번호

  • 스케줄링 정보 : 프로세스 우선순위 같은 스케줄링 관련 정보

  • 프로세스 상태 : 자원 할당, 요청 정보 등

  • 메모리 관리 정보 : page table, segment table 등

  • 입출력 상태 정보 : 할당 받은 입출력 장치, 파일 등에 대한 정보

  • 문맥 저장 영역(context save area) : 프로세스의 레지스터 상태를 저장하는 공간

  • 계정 정보 : 자원 사용 시간 등 관리

• PCB 정보는 OS별로 서로 다름

• PCB 참조 및 갱신 속도는 OS의 성능을 결정 짓는 요소 중 하나이다.

프로세스 상태

프로세스의 상태

프로세스 상태 다이어그램

Process State Transition Diagram

 

Created State : 생성된 상태

• 작업을 커널에 등록

• PCB 할당 및 프로세스 생성

• 커널 : 가용 메모리 공간 체크 및 프로세스 상태 전이

Created State

Ready State

• 프로세서 외에 다른 모든 자원을 할당 받은 상태

  • 프로세서 할당 대기 상태, 즉시 실행 가능한 상태

  • 즉, 메모리를 할당받았다면, CPU만 할당받으면 된다 => 즉시 실행 가능한 상태

• Dispatch (or Schedule) : ready -> running

Ready State

Running State

• 프로세서와 필요한 자원을 모두 할당 받은 상태

• 벗어나는 2가지

  • Preemption (CPU 빼앗김)

    • Running state -> ready state

    • 프로세서 스케줄링

  • Block / Sleep : I/O가 끝나기를 기다리는 상태

    • Running state -> asleep state

Running State

Blocked/Asleep state

• 프로세서 외에 다른 자원을 기다리는 상태

• wake-up : I/O가 끝났다면!

  • Asleep state -> ready state

Blocked/Asleep state

Suspended State : 지연된 상태

• 메모리를 할당 받지 못한(빼앗긴) 상태

  • 메모리 이미지를 swap device에 보관

    • swap device : 프로그램 정보 저장을 위한 특별한 파일 시스템

  • 커널 또는 사용자에 의해 발생

• Swap-out(suspended), Swap-in(resume)

Terminated/Zombie state 

• 끝났는데 죽지 않음

• 프로세스 수행이 끝난 상태

• 모든 자원 반납 후, 커널 내에 일부 PCB 정보만 남아 있는 상태 : 이후 프로세스 관리를 위해 정보 수집

Terminated/Zombie state 

 

프로세스 관리를 위한 자료구조

• Ready Queue

• I/O Queue

• Device Queue

프로세스 관리를 위한 자료구조

 

 

인터럽트

• 예상치 못한, 외부에서 발생한 이벤트

인터럽트 처리 과정

인터럽트 처리 과정

1. Interrupt 발생
2. 현재 Context(문맥)을 PCB에 저장한다.
3. Interrupt Handling :  어디서, 왜 발생했는지 파악한다.
4. Interrupt service : 만약 서비스를 해줘야 한다면 서비스를 해준다. 이때, 그 서비스를 처리할 procces(Pih)를 넣는다.
5. Context restoring :  그 다음 대기 순서인 Pj가 들어간다. 

Context Switching(문맥 교환)

- Context : 프로세스와 관련된 정보들의 집합이다.

• CPU register context 는 CPU안에 저장

• Code & data, stack, pcb는 메모리안에 저장

- Context saving : 현재 프로세스의 register context를 저장하는 작업

- Context restoring : register context를 프로세스로 복구하는 작업

- Context switching : 실행중인 프로세스의 context를 저장하고, 앞으로 실행 할 프로세스의 context를 복구하는 일 - 커널의 개입으로 이루어짐

• Context switching은 OS의 성능에 큰 영향을 준다. 그래서 불필요하게 사용하면 안된다.

본 게시글은 공부를 목적으로 작성합니다.

강의자료 및 강의의 저작권은 다음과 같습니다.

https://sites.google.com/view/hpclab/courses/operating-system?authuser=0

HPC Lab., KOREATECH - Operating System

 

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