운영체제 : 프로세스 Process

📁프로세스란?

=task=job

프로그램의 실행 주체, 실체. 실행중에 있는 프로그램.

실행과 스케줄링의 기본 단위.

스케줄링이란? 프로세스의 실행순서를 결정하는 것

 

vs 프로그램-> 디스크에 저장된 실행 파일

 

📁프로세스 구조

• code(text) - cpu의 명령어들(instruction)이 저장
• (static) data : 전역 변수, static 변수 등 프로그램이 실행되는 동안 항상 메모리를 차지하고 있는 변수들이 저장되는 곳
• heap : DMA 영역. 동적 메모리가 할당되는 영역
• stack : 임시 데이터(함수의 return address, local variable 등)가 저장되는 영역 
• stack frame -> 스택 영역은 함수의 호출과 함께 할당되고 호출이 완료되면 소멸함. 함수의 호출 시 스택에는 함수의 매개변수, 호출이 끝난 뒤 돌아갈 return address, 함수의 지역 변수 등이 저장되는데 이처럼 스택 영역에 차례대로 저장되는 함수의 호출 정보.

📁프로세스 상태(Process State)

🧡Process Creation(프로세스 생성)

• 새로운 프로그램을 실행시킬 때
• 유저가 어떤 사이트에 접속을 하면 유저의 명령들을 받기 위한 프로세스가 만들어진다.
• OS에 요청을 하면 들어온 요청을 처리하기 위해 프로세스가 생성된다.
• 프로그램 안에서 프로세스를 직접 만드는 경우(Parent Process, Child Process)

💛Process Termination(프로세스 종료)

• 작업이 끝났을 때, 유저가 접속했던 사이트에서 로그아웃 했을 때, Parent Process가 종료되어 Child Process기 Parent Process에 의해 강제 종료 되었을 때
• OS가 종료되었을 때
• 오류가 발생하거나 하드웨어에 fault가 발생했을 때

📘 Dispatcher

Dispatcher -> OS 프로그램. 실행중인 프로그램을 중단하고 다른 프로그램을 실행시키도록 하는 프로그램

Interrupt(timeout, I/O request)가 발생하거나 종료된 프로세스로부터 준비 중인 프로세스를 수행 상태로 만들 때 항상 Dispatcher가 수행

State Transitions

새 프로세스가 생성되면 OS는 프로세스의 PCB(Program Control Block)를 생성하고 not running 상태로 초기화 시킨다.

not running 상태인 프로세스들은 Queue에서 대기하게 되는데, Queue에는 각 프로세스의 PCB 주소를 가르키는 포인터를 갖고 있다.

만약 현재 실행중인 running 상태의 프로세스에서 Interrupt가 발생하면 OS는 해당 프로세스를 not running 상태로 옮긴다.

그러면 dispatcher가 Queue에서 대기 중인 프로세스들 중 하나를 골라 running 상태로 옮긴다.

📕 Five-State Process Model

• New : 프로세스가 만들어진 단계. 프로세스가 만들어지면 메모리도 할당, 프로세스의 정보를 담고 있는 PCB와 프로세스가 실행되며 사용할 스택 메모리도 할당과 초기화 등의 작업이 필요. 프로세스 생성에는 시간이 걸리고 New 상태에 어느 정도 머물러야 함.
• Ready : 실행의 준비가 되어 기다리는 상태. CPU를 할당해주면(스케줄링이 되면) 바로 실행할 수 있는 단계
• Running : 프로세스가 CPU를 차지하고 실행하고 있는 상태
• Bocked(Waiting) : CPU를 할당해주어도 실행할 수 없는 상태이다.(I/O request, 다른 프로세스가 끝날 때까지 대기 등등)
• Exit(terminated) : 프로그램을 종료시키는 작업 수행. 프로세스가 할당받은 자원 반납. 

📗 Seven-State Process Model

Five state process model with two suspended states

Suspend란?
Suspend는 메모리에서 꺼내서 하드디스크로 옮기는 것이다.
Queue에 있는 프로그램의 포인터를 이용하여 옮긴다.

five-state 모델에서 Ready/Suspend + Blocked/Suspend 상태

• Ready/Suspend : I/O 작업이나 요청한 작업이 끝났지만 메모리에 자리가 없어 여전히 하드디스크에 있는 상태이다.
• Blocked/Suspend : 요청한 작업이 끝나지 않았고, 메모리에 있던 프로세스들이 Swaping으로 인해 하드디스크로 내려간 상태이다.

Swaping이란?
메모리의 크기는 한정적이기 때문에 들어올 수 있는 프로그램의 수는 정해져 있다.
올라온 프로세스들이 모두 block이 되면 CPU가 하는 일이 없어지기 때문에 하드디스크에서 대기 중인 프로세스들을 메모리에 올리고 기존의 메모리에 있던 프로세스들은 하드디스크로 내린다.
이 작업을 Swaping이라고 한다.

State Transitions

Blocked → Blocked/Suspend

메모리에 올라와 있는 프로세스들이 모두 요청한 작업을 하느라 block 상태이고, 하드디스크에 Swapped 되었던 프로세스들을 메모리에 올려야 한다. 그러기 위해 메모리에 있던 프로세스들을 하드디스크의 Swapped Area로 옮긴다.

Blocked/Suspend → Blocked

요청한 작업이 다 끝나지 않았지만 메모리에 공간이 충분히 있을 경우 다시 메모리로 올라갈 수 있다.

Blocked/Suspend → Ready/Suspend

요청한 작업이 다 끝났지만 메모리에 공간이 없는 경우 Ready/Suspend 상태로 옮긴다.

Ready/Suspend → Ready

Ready/Suspend 상태에서 대기하던 중 메모리에 공간이 생겨 다시 Ready 상태로 변경한다.

Ready → Ready/Suspend

여러 suspend 이유로 Ready에서 Ready/Suspend로 옮겨질 수 있다. 예를 들어 프로세스의 우선순위 때문에 메모리에 공간을 만들어야할 경우 Ready/Suspend 상태로 옮겨진다.

New → Ready/Suspend

만약 메모리가 가득 차 있는 경우라면 OS는 New 상태에서 Ready/Suspend 상태로 Admit 한다.

📂프로세스 컨트롤 블럭(PCB)

운영체제가 프로세스를 제어하기 위해 프로세스에 대한 모든 정보를 저장해놓은 곳. 

Context switch를 위해 필요. 프로세스 생성 시 만들어지며 주기억장치에 유지.