[OS] Process와 Context Switching

2023-10-02 2 분 소요

▶ Process

Process란?
- 실행 중인 프로그램을 말한다.
- 프로그램이 메모리에 적재하고 실행되는 순간 프로세스가 된다. ① 실행 가능한 파일이 메모리에 올라가면 프로세스가 된다. ② 해당 방향으로 동적 증가 ③ 힙 영역과 스택 영역의 크기는 가변적이다. (동적 할당 영역) 💡힙 영역: 낮은 주소 -> 높은 주소 💡스택 영역: 높은 주소 -> 낮은 주소

stack
- 데이터를 일시적으로 저장
- ex) 함수 매개변수, 지역변수, 반환주소 등
heap
- 프로그래머가 직접 할당할 수 있는 저장공간 (메모리 동적 할당 가능)
- 메모리로 할당했다면 반환해야 함. 반환하지 않는다면 메모리 누수가 발생하기 때문
- ex) 모든 자바 객체 (new 연산자로 생성), C의 Malloc()
data
- 프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터 저장
- ex) 전역변수
text (code)
- 실행할 수 있는 코드, 기계어로 이뤄진 명령어가 저장
- 읽기 전용 공간

① new ( 생성 ) : 프로세스가 메모리에 적재되어 이제 막 PCB를 할당받은 상태

② ready ( 준비 ) : 실행 상태로 갈 수 있는 유일한 상태, CPU를 할당 받기를 기다림

③ running ( 실행 ) : 프로세스가 CPU를 할당받아 실행중인 상태

④ waiting ( 대기 ) : I/O 작업이나 Event가 발생할 때까지 대기하는 상태

⑤ terminated ( 종료 ) : 프로세스가 종료된 상태, PCB와 메모리 영역 정리

메인 메모리에서 running 상태로 가기 위해 기다리는 큐를 말한다.

그 외에도 스케줄링 큐에는 Job Queue, Device Queue 가 있다.

Queueing diagram을 살펴보자! ① 새로운 프로세스는 초기에 ready queue에 놓인다. 실행을 위해 선택(dispatch) 될 때까지 ready queue에서 기다린다. ② 프로세스가 위 4개(I/O요청, 할당시간 만료…)에 대한 이벤트 처리를 끝내면 다시 ready queue로 돌아온다. -> PCB 반납

Process scheduler란?
- ready 상태인 여러 프로세스 중에서 다음 실행할 프로세스를 선택하고 CPU에 할당하는 것을 말한다.
- 이러한 할당 과정을 dispatch라고 한다.

PCB(Process Control Block)란?
- OS는 프로세스의 상태를 PCB에 기록해 관리한다.
- PCB는 프로세스의 정보를 담고 있는 자료 구조이다.
- 빠르게 번갈아 수행되는 프로세스들을 관리해준다.
- 프로세스 생성 시 커널 영역에 생성, 종료시 폐기된다. ① 프로세스 P₀ 실행 ② 인터럽트 or 시스템 콜 발생시 P₀ 정보 PCB에 저장 ③ PCB₁에 저장된 P₁정보 로드 ④ 프로세스 P₁실행

Context (문맥)
- 하나의 프로세스 수행을 재개하기 위해 기억해야 할 정보를 말한다.
- 하나의 프로세스 문맥은 해당 프로세스 PCB에 표현되어 있다.

Context Switching (문맥 교환)
- Context Switching(문맥 교환)은 프로세스의 상태 정보를 교환하는 작업을 말한다.
- 즉, CPU가 다른 프로세스로 전환하기 위해 현재의 프로세스의 문맥을 PCB에 저장(백업)한 후, 전환하려고 하는 새로운 프로세스의 문맥을 PCB로부터 로딩하는 과정을 말한다.