[운영체제]03_프로세스 관리#1

목차

• 운영체제 개요
• 컴퓨터시스템의 구조
• 프로세스 관리
• CPU 스케줄링
• 병행 제어
• 데드락
• 메모리 관리
• 가상 메모리
• 파일 시스템
• 입출력 시스템
• 디스크 관리

 

프로세스의 개념

• "Process is a program in execution" - 프로세스는 실행중인 프로그램이다.
• 프로세스의 문맥
  • CPU의 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

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
    • Blocked : 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready
    • Suspended : 외부에서 resume해 주어야 Active

아래 두 개를 포함하기도 한다.

• New
  • 프로세스가 생성중인 상태
• Terminated
  • 수행(execution)이 끝난 상태

프로세스 상태도

Suspended를 포함한 프로세스 상태도

 

Process Control Block (PCB)

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, stack의 위치 정보
4. 파일 관련
   • Open file descriptors...

PCB 구성요소

 

문맥 교환 (Context Switch)

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

문맥 교환

• System call이나 Interupt 발생시 반드시 context switch가 일어나는 것은 아님
  • (1)의 경우에도 CPU 수행 정보 등 context의 일부를 PCB에 save해야 하지만 문맥 교환을 하는 (2)의 경우 그 부담이 훨씬 큼(eg. cache memory flush)

 

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

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 지원)을 주는 문제
• degree of Multiprogramming(메모리에 올라가 있는 프로세스의 수)을 제어 
• time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음(무조건 ready)

Short-term scheduler (단기 스케줄러 or CPU scheduler)

• 어떤 프로세스를 다음번에 running시킬지 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 쫓아 냄
• 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
• degree of Multiprogramming을 제어