Process Management 1&2

프로세스 생성

• 부모 프로세스가 복제 형태를 통해 자식 프로세스 생성
• 부모 프로세스는 여러 명의 자식 프로세스를 생성할 수 있음 => 트리 형태로 발전
• 자원의 공유와 관련해서 보통은 공유 X <= 부모와 자식은 CPU를 서로 얻으려는 경쟁 관계

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• 자식 프로세스는 부모 프로세스의 주소 공간과 운영 체제 데이터(PCB 혹은 자원), CPU 문맥((프로그램 카운터) 등을 똑같이 복제한다(fork() 시스템 콜)
• 리눅스나 효율적인 운영체제에서는 카피 전에 공유할 수 있는 주소 공간과 자원 같은 경우는 공유하고 프로그램 카운터만 카피하여 내용이 바뀔 때 복제하는 방식을 사용
• 복제된 곳에 새로운 것을 덮어 씌우는 exec() 시스템 콜
• fork()와 exec()는 독립적인 관계로 각각 실행 가능

 

프로세스 종료

• exit()은 프로세스의 종료로 자식의 경우 부모한테 데이터를 보냄
• 프로세스에서는 자식이 부모보다 우선적으로 죽어야 함
• 부모가 먼저 종료되는 경우 자손부터 다 죽이고 종료

 

fork() 시스템 콜

• 위는 C언어 코드
• 원본 구분을 위해 pid를 사용해 부모(양수) / 자식(0)을 사용

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• 부모가 포크 해서 자식이 생기면 자식은 ==메인부터가 아닌 포크 시점부터 실행==(처음부터 X, 문맥 복제)
• 현재 예시와 같은 경우 자식 프로세스에서는 맨 위의 프린트문 실행 X

 

exec()시스템 콜

• exec() : 새로운 프로세스로 태어나게 해 줌
• exec() 시스템 콜 실행 시 , 메인 즉 처음부터 다시 시작
• exec()을 하면 다시 돌아갈 수 없음
• fork()없이 exec()가능 => 부모 프로세스 자체를 새로운 프로세스로 만들어줌(exec()) 이후 코드 실행 불가 (아래 예시의 경우 1 -> hello 3 출력 후 종료)
  
• cf) echo는 뒤에 나오는 arguments를 그대로 출력해주는 리눅스 커맨드로 execip("프로그램 이름 ", "프로그램 이름", arguments, (char*) 0 ) 구조

 

wait() 시스템 콜

• wait() : 시스템을 잠들게 하는 것(block 상태)
• 자식 프로세스의 종료를 기다리며 block 상태가 된다. -> 자식 프로세스 종료 후에는 ready 상태
• ex) 리눅스 명령어 (셸)프롬포트(실행 후 완료될 때까지 기다려야 함)

 

exit() 시스템 콜

• exit() 시스템 콜은 종료 시스템 콜
• 자발적 종료에 주로 호출
• 비자발적 종료 예시 확인

 

프로세스 관련 시스템 콜 정리

• fork() : 복제 생성
• exec() : 새로운 프로그램으로 덮어 씌움
• wait() : 자식 프로세스가 끝날 때까지 기다림
• exit() : 프로그램 종료 및 부모 프로세스에게 소식 전달

 

프로세스 간 협력

• 원칙적으로 프로세스는 독립적인 존재로 다른 프로세스 수행에 영향을 미치지 못함
• 때때로 협력(정보를 주고받으며 실행)이 효율적인 경우가 있음
• IPC(프로세스 간 협력 메커니즘)
  • message passing : 커널을 통해(직접 전달 불가) 서로 메시지를 주고받으며 실행
    • Direct Communication: 상대 프로세스 명시
    • Indirect Communication: 상대 프로세스 명시 X (조건을 만족하는 아무 프로세스도 받는 경우도 있음)
  • shared memory : 일부 주소 공간 공유를 하도록 맵핑하여 협력 -> A 프로세스가 변화할 시 B 프로세스가 바로 알아챌 수 있음(주소 공간 공유는 커널에게 시스템 콜 요청을 통해 진행하며, 그 후에는 커널 없이 둘이 작업하기에 신중한 작업 Need)
  • thread(스레드 간의 협력) : 프로세스 간의 협력은 아니지만, 스레드 간 협력할 경우 주소 공간을 완전히 공유하기 때문에 완전한 협력 / 공유가 쉬움

 

CPU 스케줄링

프로세스 실행 과정

• 프로세스는 위와 같은 path를 따라 실행
• 프로세스(프로그램)는 CPU burst와 I/) burst의 연속
• 사람이 작업하는 일은 burst가 빈번히 발생(cf. 화면에 출력하고 작업하고 반복)

 

I/O bound job vs. CPU bound job

• I/O bound job : CPU를 짧게 쓰고 I/O가 끼어드는 작업(사람과 함께하는 작업)
• CPU bound job : CPU만 오래 쓰는 작업(연산)
• CPU 스케줄링 필요성 : I/O bound job의 경우 사람과 interaction하는 job으로 사용자 경험을 위해 CPU를 우선적으로 할당할 필요가 있음

 

CPU Scheduler & Dispatcher

• CPU Scheduler : 누구한테 CPU를 줄 것인가
• Dispatcher: CPU를 넘겨주는 역할로, 이전 프로세스의 문맥 저장과 새로 실행될 프로세스의 문맥 호출 진행
• CPU 스케줄링이 필요한 경우
  1. Running -> Blocked : CPU를 어떤 프로세스가 잡고 있다가 I/O 작업처럼 시간이 긴 작업이 필요한 경우
  2. Running -> Ready : timer interrupt와 같이 프로세스는 CPU를 쓰고 싶지만, 빼앗긴 경우
  3. Blocked-> Ready : I/O 요청을 보낸 프로세스가 끝난 경우(cf. 우선순위가 제일 높은 경우, 앞에 프로세스의 타임이 아직 남아있더라도 바로 넘겨줌)
  4. Terminate : 프로세스 종료로 새로운 프로세스에게 CPU를 넘기는 경우
  1, 4 => CPU를 가져도 instruction을 실행할 수 없어서 스스로 반납하는 경우
• 2, 3 => 프로세스는 CPU 작업을 원하지만 뺏기는 경우
• preemptive : 강제로 빼앗는 것
• nonpreemptive : 자진 반납

https://core.ewha.ac.kr/publicview/C0101020140321144554159683?vmode=f 

반효경 [운영체제] 8. Process Management 1