프로그램+ **데이터**를 기본으로 정상적인 실행을 위해 필요한 환경을 시스템으로부터 부여받은 능동적인 존재- 시스템의 입장: 일거리 하나하나가 프로세스
- CPU를 할당받게 되는 단위, 주어진 자원들의 소유자로서의 역할
- 테이블 모양의 자료구조. 프로세스에 대한 모든 것을 표현하는 PCB가 만들어진다 = 프로세스 하나가 만들어진다
- 운영체제가 프로세스를 관리한다 = 해당 PCB에 대한 다양한 행동 (만들고, 수정하고, 관련 리스트로 연결하고, 지우고..)
- 기본적으로 PCB는 메모리에 저장
- PCB에 저장되는 정보들 (+a는 운영체제마다 다를 수 있음)
- 프로세스 번호
- 프로세스의 상태
- 프로세스 우선순위
- 프로그램 카운터 값
- 메모리 포인터
- 문맥 데이터
- 할당받은 자원들에 대한 목록
- 계정 정보
- 입출력 정보
생성 상태(Created)- 사용자가 요청한 작업이 커널에 등록되고 PCB가 만들어져 프로세스가 만들어진 다음 보류 준비나 준비 상태로 되기 위해 잠시 거치는 상태
- 운영체제는 메모리를 검사하여 충분한 공간이 있으면 준비 상태로 바꾸고, 그렇지 못한다면 보류 준비 상태로 만듦.
- 준비 상태는 시스템에 따라(OS에 따라) 구현을 빼는 경우도 있음.
준비 상태(Ready)CPU를 할당받기 위해 기다리고 있는 상태 ->CPU만 주어지면 바로 실행할 준비가 되어있는 상태- 다중 프로그래밍의 경우: 준비 상태의 여러 프로세스들은 메모리에 적재되어있으며 CPU를 할당받기를 기다리고 있음 -> **
큐 (또는 리스트 등)**이 사용됨 CPU 스케줄링?: 준비 상태의 프로세스들이 순서에 따라 CPU를 할당받으면 실행 상태가 되는데 이때 순서를 정하는 것
실행 상태(Running)- CPU를 할당받아 실행중인 상태
- 디스패치(Dispatch): CPU를 할당하는 것
- 단일 CPU 시스템: 단일 CPU에서는 오직 한 개의 프로세스만이 CPU를 사용할 수 있기 때문에 한 프로세스만이 실행 상태에 있을 수 있음
- 실행 상태의 프로세스는 CPU 스캐줄링 정책에 의해 CPU를 뺏길 수 있음 -> 이 경우 준비 상태로 변함
시간 종료(Timeout): **시간 할당량(Time Quantum)**이 소진되어 뺏길 때, 인터럽트가 동원되어 처리됨입출력이 필요하게 되어 시스템 호출을 할 때: 실행 상태의 프로세스가 입출력이 필요하여시스템 호출을 함-> 입출력 처리의 종료를 기다리면서 대기 상태로 바뀌게 됨 -> CPU는 바로 준비 상태의 프로세스들 중에서 하나를 선택해 실행해줌.
대기 상태(Blocked)- 프로세스가 실행되다가
사건이 발생했을 때 CPU를 양도하고 요청한 일이 완료되기를 기다리면서 대기하는 상태사건 발생: 입출력 처리 요청, 바로 확보될 수 없는 자원을 요청
- 대기 상태의 프로세스 관리를 위해 **큐(또는 리스트)**가 사용됨
- 요청한 일이 완료되면 다시 실행 차례를 기다리기 위해 준비 상태로 바뀌면서 준비 큐에 들어감
- 프로세스가 실행되다가
종료 상태(Terminated)- 프로세스가 종료될 때 아주 잠시 거치는 상태.
- 할당되었던 모든 자원들이 회수되고 PCB만 커널에 남아있는 상태
- 운영체제가 시스템에 남겨져 있는 이 프로세스의 흔적들을 최종 정리 후 PCB를 삭제하면 프로세스가 완전히 사라지게 됨
활성 상태(Active State)준비,실행,대기상태들- 실행될 프로그램과 데이터 등을 위해 메모리 공간의 일정량을 부여받았음을 의미 -> 다중 프로그래밍(의 개수 또는 정도; 디그리(degree))에 포함되는 프로세스들
- 보류(Suspension)?: 메모리가 부족하거나 다른 이유에 의해 시스템은 활성 상태의 프로세스로부터 메모리를 회수하는 경우가 생기는 것
보류 상태(Suspended)- 프로세스가 메모리 공간을 빼앗기고 디스크로 나가야하는 것
- 보류해야하는 상황
- 한정된 메모리 공간의 여유가 사라져 시스템이 당분간 메모리 회수해도 문제되지 않을 프로세스들을 골라 보류시켜 메모리 공간 확보
- 메모리 여유는 없는데 지금 생성된 프로세스가 더 중요한 것이라 반드시 메모리를 주어야하는 경우
- 입출력에 비해 턱없이 빠른 CPU 속도를 인정한다면, 메모리를 꽉 채우고 있는 프로세스들이 전부 입출력 중이라 CPU가 쉬고 있을 경우 -> 새로운 프로세스를 받아들여 CPU를 가동시키고 싶다면 먼저 메모리를 확보해야하고 입출력 때문에 대기 중인 프로세스들 중 누군가를 보류시켜야.
스와핑(Swapping)스왑되어 나간다(Swapped out): 프로세스가 메모리 공간을 빼앗기고 디스크로 나가야하는 것스왑되어 들어온다(Swapped in): 다시 메모리로 들어오는 것
보류 준비 상태(Suspended Ready): 생성된 프로세스가 바로 메모리를 받지 못할 때나, 준비 또는 실행 상태에서 메모리를 잃게될 떄를 위해 필요- 실행 상태의 프로세스가 CPU를 반납하면서 준비 상태로 바뀔 떄 메모리 공간까지 잃어야하는 경우 -> 보류 준비 상태로 Suspended
- 충분한 메모리 공간의 확보를 위해 준비 상태의 프로세스를 보류시킬 수 밖에 없는 경우
- 높은 우선순위의 보류 대기 상태 프로세스가 준비 상태가 되면서 실행 상태의 프로세스로부터 CPU를 뻇기게 되는 경우
- 보류 준비 상태의 프로세스는 메모리의 여유가 생기거나, 준비 상태의 프로세스가 전혀 없을 때 (CPU가 놀지 않게 하기 위해) 대기 상태의 프로세스를 보류 대기 상태로 만들고 메모리 공간이 확보되면 준비 상태로 바뀌게 (
Resume) 됨 ->스와핑발생
보류 대기 상태(Suspended Blocked)- 대기 상태일 때 메모리 공간을 잃은 상태
- 준비 상태의 프로세스가 아예 없어 대기를 보류 대기 상태로 만드는 경우
- 준비 상태의 프로세스가 있어도 메모리 여유 공간 더 확보 위해 보류 대기 상태로 만드는 경우도 있음
- 특별한 경우가 아니면 입출력이나 기다리던 사건의 종료 시
보류 준비 상태가 됨
- 보류 대기 상태 ->
대기 상태되는 경우- 실행 중인 프로세스가 종료되어 메모리에 여유가 생김
- 대기시켰던 원인이 곧 해소될 것이라 판단되는 프로세스가
보류 대기에 있는데보류 상태중인 어떤 프로세스보다 우선순위가 높다 - 이 프로세스에게 메모리를 주고 대기 상태로 만드는 것이 더 효과적
- 그냥 보류 준비 중인 프로세스를 준비 상태로 만들어준다면 얼마 지나지 않아 방금 말한 프로세스 때문에 또 한번의 스와핑을 겪어야함
- 보류 상태의 필요
- 메모리 공간 확보
- 실행되는 프로세스의 현재 결과가 바라던 것이 아닌 오류가 보일 때
- 시스템에 위해를 가할 수 있는 수상한 행동을 보일 때
- 주기적인 일이라서 다음 주기의 실행 때까지 메모리를 회수해도 문제되지 않을 때 등
- 활성 상태, 보류 상태에 있는 것들은 모두 프로세스! 모두 PCB를 가지고 있음! 보류상태인 프로세스들도 최소한의 PCB는 메모리에 남겨둬야(상황에 따라 디스크,메모리 왔다갔다 함)
- 문맥 교환(Context Switching)
- 프로세스의 상태 변화는
인터럽트에 의해 처리됨 인터럽트이전에 실행되던 프로세스가인터럽트를 처리한 후에 계속 실행이 되기도 하지만, 다른 프로세스로 CPU가 할당될 수도 있음- EX> 시간 종료, 우선순위, 입출력 발생
- BUT 대부분, 실행 중 다른 프로세스의 입출력 완료를 알리기 위한 인터럽트가 도착한 경우, 인터럽트 처리 후 좀 전에 실행되던 프로세스를 그대로 계속 실행시켜줌
모드 스위칭(Mode Switching)- 인터럽트 처리 전후 일이 같을 때: 해줄 일이 적음
- 인터럽트 처리를 하는 동안 변경될 가능성이 있는 최소한의 정보(PCB의 일부분)만 보관
- 사용자 모드에서 인터럽트 처리를 위해 커널 모드로 바뀜 > 처리가 끝난 후 다시 사용자 모드로 바뀌면 됨
- 단순히
모드 스위칭이라고만 부름
프로세스 스위칭==문맥 교환- 인터럽트 처리 전후 일이 다를 때
- 문맥의 저장, PCB에서 관련 데이터들의 변경, PCB를 적절한 상태의 큐에 옮김, 실행될 프로세스를 고름(스케줄링), 프로세스의 PCB 변경, 문맥의 복원
- 해주어야 할 일이 더 요구되기 때문에 이를
문맥교환이라 함
- 프로세스의 상태 변화는
- 스레드: 스케줄링의 단위. 프로세스가 가지는 자원(주소 공간 등)을 공유하면서 각자는 자신의 실행 환경(프로그램 카운터로 표현되는 현재의 실행 위치와 스택, 레지스터 값들)을 가지는 것.
- 프로세스는 자원의 소유자로서 존재
다중 스레딩(Multi-threading): 하나의 프로세스를 다수의 스레드로 만들어 실행하는 것- 자원의 생성과 관리과
중복되는 것을 줄일 수 있음 - 다중 스레딩에서
프로세스: 보호와 자원의 할당 단위(프로세스의 코드,데이터를 수용하기 위한 가상 주소 공간과 CPU, 다른 프로세스의 파일들, 입출력에 사용되는 자원에 대한 보호된 액세스를 보장하기 위한 단위) - 다중 스레딩에서
스레드: 각각은 스레드의 수행 상태(실행, 준비), 실행상태가 아닐 경우를 위한 스레드 문맥, 각자의 실행 스택, 자신이 속한 프로세스가 가지는 메모리와 자원에 대한 접근 권한을 가짐 - 스레드 = 스레드 제어 블록+ 스택(사용자 스택+커널스택)
- PCB와 사용자 주소 공간 공유 => 스레드 자신이 속한 프로세스의 상태와 자원들 공유
- 한 스레드에 의해 메모리 데이터가 변경될 경우 다른 스레드들은 변경된 데이터를 사용하게 됨
- 열린(OPEN) 파일은 다른 스레드들에게도 열린 상태로 사용됨
- 자원의 생성과 관리과
스레드 제어 블록 (Thread Control Block): 실행 중의 레지스터 값, 우선순위, 스레드와 관련된 정보 등을 위해 필요한 자료구조. (프로세스의PCB와 같은 개념!)- 스레드의 장점
- 성능: 시간과 비용이 프로세스 단위로 이루어질 때 보다 빠르고 저렴
- EX1. 파일 서버가 다양한 파일처리 요청에 대해 스레드를 만들어 냄
- EX2. 논리적으로 다른 기능을 포함하고 있는 프로그램을 여러 개의 스레드로 구현하여 시간과 비용을 줄임
- EX3.
프로세스 간의 통신(Inter Process Communication)할 때 커널의 개입을 필요로 하지만, 한 프로세스 내의 스레드 간 통신은 메모리와 파일을 공유하기 떄문에 커널의 개입이 필요없음
- 성능: 시간과 비용이 프로세스 단위로 이루어질 때 보다 빠르고 저렴
- CPU의 할당 단위가
스레드라고 했으므로CPU 스위칭을 위한 스레드 단위의 자료(스레드 제어 블록)는 유지되어야 하며, 여전히프로세스 단위로 행해지는 보류 종료 등은 해당 프로세스에 속하는 전체 스레드에 동일한 영향을 미침. (메모리라는 자원은 프로세스 단위로 주어지는 것이므로)
- 스레드도 실행, 준비, 대기와 같은 상태를 가짐
보류는프로세스레벨의 개념이므로스레드에서는 필요 없는 상태임대기는 레지스터 값, 프로그램 카운터, 스택 포인터 등의 보관이 요구됨- 스레드의 종료는 해당 스레드의 레지스터 값들과 스택을 없애게 됨
- 스레드 실행의
동기화- 한 프로세스 내의 스레드들은 그 프로세스의
주소 공간과자원들을 공유함 -> 특정 스레드가 변경시킨 내용이 다른 스레드에 바로 영향을 미침 - 따라서
오류를 야기할 수 있는 상호 간의간섭이나데이터의 파괴등을 방지하기 위한 스레드 실행의 동기화가 요구됨 => 5장에서..
- 한 프로세스 내의 스레드들은 그 프로세스의
사용자 레벨 스레드 (User Level Thread)
스레드 라이브러리에 의해 관리됨스레드 라이브러리: 스레드의 생성, 소멸을 위한 코드 / 스레드 간의 메시지나 데이터의 전달 / 스레드의 스케줄링/ 스레드 문맥의 보관/ 재저장 등을 담당함
- 스레드와 관련된 모든 **행위(Activity)**는
사용자 공간에서 이루어지므로 커널은 스레드의 존재를 알지 못함 -> 특정 프로세스에 속한 스레드들 각자가 일으키는 행위를 그 스레드가 속한프로세스의 행위로 인식 - 특정 스레드의 실행에서
대기-> 자신이 소속된프로세스의대기를 초래- 당시
실행중이었던 스레드는 지금은 실제로 실행 중이 아니지만,스레드 라이브러리에 의해 계속실행으로 간주되고 있다가[실행 중이었다는 사실을 표시해둠] 나중에CPU가 다시 이 프로세스에 할당되었을 때 계속 실행해나갈 수 있도록함
- 당시
- 스레드 실행 중 해당 프로세스가
시간초과가 될 경우커널은프로세스의 스위칭을 수행- 당시 실행 중이던 스레드는
스레드 라이브러리에 의해실행상태로 유지되다가 해당프로세스가CPU를 받으면 다시 실행됨 - (
스레드의 스위칭중프로세스 스위칭이 일어나더라도CPU를 다시 받았을 때스레드의 스위칭이 계속 진행되도록 조치함)
- 장점
스레드 스위칭에 커널의 개입이 필요 없음 -> 유저에서 커널 모드, 커널에서 유저 모드로의 두 번의 모드 스위칭이 필요 없다- 스레드 간의 스위칭 시 운영체제가 정한 스케줄링에 따를 필요가 없음
- 스레드 간의 스위칭은 라이브러리에 있는
스위칭 프로그램에 의해 이루어지므로 - 응용 별로 독자적인 스케줄링을 사용할 수 있으며 어떤 운영체제에서도 운영이 가능
- 스레드 간의 스위칭은 라이브러리에 있는
- 단점
- 특정 스레드의
대기가 자신이 소속된 프로세스 내의 모든 스레드들의대기를 초래 CPU가프로세스 단위로 할당되기 때문에다중처리의 환경이 주어진다고 해도 스레드 단위의 다중처리가 되지 못함- 커널이 스레드를 보지 못하기 때문에 같은 프로세스에 속한 여러 스레드들이 서로 다른
CPU를 할당받아 동시에 실행될 수 없음
- 커널이 스레드를 보지 못하기 때문에 같은 프로세스에 속한 여러 스레드들이 서로 다른
- 특정 스레드의
커널 레벨 스레드(Kernel Level Thread)
- 모든 스레드의 관리를
커널이 하는 경우 사용자 레벨 스레드의 단점 극복 가능스케줄링은커널에 의해스레드 단위로 이루어지므로다중처리의 환경일 경우 한 프로세스 내의 다수스레드는 각각처리기를 할당받아 병렬 실행이 가능 => 스레드 단위의 다중처리가 가능- 한 스레드의
대기시같은 프로세스에 속한 다른 스레드로스위칭이 가능- but... 같은 프로세스에 속한 스레드 간의 스위칭에도
커널의 개입이 필요하므로(OS개입)모드 스위칭이 요구됨
- but... 같은 프로세스에 속한 스레드 간의 스위칭에도
- 단점: 스레드 관리 파트가 추가되므로 os가 커지고 복잡해져서
비용이 생김 원격 프로시저 호출(Remote Procedure Call, RPC)- 커널 레벨 스레드에서 CPU가 하나 있는
단일 처리기 환경에서 두 번의 순차적인 호출 (다른서버에 있는프로시저를 호출, 또 다른 서버에 있는 프로시저를 순차적으로 호출)
프로세스로 RPC를 호출하는 경우- 책 P48 그림 참고 -> 종료시간이 늦춰지고 있음
- 두 개의
스레드를 이용하여 RPC를 호출하는 경우- 첫번째 호출을 한 스레드에게 맡기고 대기가 될 떄 바로 다른 스레드를 실행시켜 두번쨰 호출을 하게 함
- 두 개의 스레드가 대기 중인 시간대가
중복된 만큼전체 일의 종료 시간이 앞당겨짐
단일 처리 시스템의 경우에도 스레드를 만드는 것이 프로세스를 만드는 것보다 시간,비용 면에서 이로움 + 응용에 따라 전체 실행 시간도 단축시킬 수 있음
- 커널 레벨 스레드에서 CPU가 하나 있는