[운영체제] 프로세스 관리(2)

스케줄러 (Scheduler)

 

1. Long-term scheduler(장기 스케줄러 or job scheduler)

시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정

프로세스에 memory(및 각종 자원)을 주는 문제

degree of Multiprogramming을 제어

time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음 (무조건 ready)

 

2. Short-term scheduler(단기 스케줄러 or CPU scheduler)

어떤 프로세스를 다음번에 running시킬지 결정

프로세스에 CPU를 주는 문제

충분히 빨라야 함(millisecond 단위)

 

3. Medium-Term Scheduler(중기 스케줄러 or Swapper)

여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄

프로세스에게서 memory를 뺏는 문제

degree of Multiprogramming을 제어

 

프로세스의 상태(Process state)

1. Running: CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태

2. Ready: CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른 조건을 모두 만족하고)

3. Blocked(wait, sleep)

-CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태

-Process 자신이 요청한 event(Ex. I/O)가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태 Ex. 디스크에서 file을 읽어와야 하는 경우

4. Suspended(stopped)

-외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태 (메모리에서 쫓겨남)

-프로세스는 통째로 디스크에 swap out 된다 Ex. 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 resume에 주어야 Active

 

(위는 운영체제의 상태 x! 프로세스의 상태임 !!)

시스템 콜은 소프트웨어 인터럽트, 디스크컨트롤러는 하드웨어 인터럽트

 

 

 

 

 

Thread

 "A thread(or lightweight process) is a basic unit of CPU utilization (CPU의 수행 단위)"

📍Thread의 구성

-program counter

-register set

-stack space

 

📍Thread가 동료 thread와 공유하는 부분(=task)

-code section

-data section

-OS resources

 

-전통적인 개념의 heavyweight process는 하나의 thread를 가지고 있는 task로 볼 수 있다

-다중 스레드로 구성된 태스크 구조에서는 하나의 서버 스레드가 blocked(wating) 상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 스레드가 실행(running)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

 

Thread의 장점

-Responsiveness

-Resource Sharing

-Economy

 ->creating & CPU switching thread(rather than a process)

 -> Solaris의 경우 두 가지 overhead가 각각 30배, 5배

-Utilization of MP Architectures

 

 

프로세스 생성

부모 프로세스가 자식 프로세스 생성

프로세스의 트리(계층 구조) 형성

프로세스는 자원을 필요로 함

-운영체제로부터 받는다

-부모와 공유한다

자원의 공유

-부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델

-일부를 공유하는 모델

-전혀 공유하지 않는 모델

수행(Execution)

-부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델

-자식이 종료(terminate)될 때까지 부모가 기다리는(wait) 모델

📍주소 공간(Address space)

-자식은 부모의 공간을 복사함(binary and OS data)

-자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림

📍유닉스의 예

-fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성 -> 부모를 그대로 복사(OS data except PID + binary/주소 공간 할당)

-fork 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림

-프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌(exit)->자식이 부모에게 output data를 보냄(via wait)

->프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨

-부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴 (abort)

->자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬

->자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음

->부모가 종료(exit)하는 경우(운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다/단계적인 종료)

 

 

fork() 시스템 콜 -> 프로세스를 하나 만들어 달라고 요청

부모 프로세스를 자식 프로세스가 복제

둘은 다른 프로세스

자식 프로세스의 pid=0이고 0이 아니면 부모 프로세스

Parent process: pid>0
Child process: pid=0

 

 

exec() 시스템 콜

새로운 프로그램이 덮어씌워짐

execlp 뒤에 있는 printf는 출력되지 않는다 !

 

 

wait() 시스템 콜

프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면

커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep 시킨다(block 상태)

Child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다(ready 상태)

 

 

exit() 시스템 콜

📍프로세스의 종료

1. 자발적 종료

-마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌

2. 비자발적 종료

-부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴

(자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청, 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음)

-키보드로 kill, break 등을 친 경우

-부모가 종료하는 경우(부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨)

 

 

프로세스 간 협력

 

독립적 프로세스: 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함

협력 프로세스: 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음

📍프로세스 간 협력 메커니즘(IPC: Interprocess Communication)
-메시지를 전달하는 방법
message passing: 커널을 통해 메시지 전달
-주소 공간을 공유하는 방법
shared memory: 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음

thread: thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만 동일한 process를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

 

Message Passing(커널을 통해 메시지 전달)

Message system: 프로세스 사이에 공유 변수를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템

📍Direct Communication

통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시

📍Indirect Communication

mailbox(또는 port)를 통해 메시지를 간접 전달