[운영체제] 프로세스 관리

프로세스 관리

# 프로세스 생성
# fork() 시스템 콜
# exec() 시스템 콜
# wait() 시스템 콜
# exit() 시스템 콜
# 프로세스 종료
# 프로세스 간 협력
# Message passing

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✍️ 본 포스팅은 이화여자대학교 반효경 교수님의 "운영체제" 강의를 들으며 정리한 내용입니다.

 

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＊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(일반적)
• 수행
  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료(terminate)될 때 까지 부모가 기다리는 모델
• 주소 공간(Address space)
  • 자식은 부모의 공간을 복사함(binary and OS data)
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림(덮어쓰기)
• 유닉스의 예
  • fork() 시스템 콜이 새 프로세스 생성
    1. 부모를 그대로 복사(OS data except PID + binary)
    2. 주소 공간 할당
  • fork 다음에 이어지는 exec() : 시스템 콜을 통해 새 프로그램을 메모리에 올림
• Copy-on-write(COW) : 우선 부모 프로세스를 공유하다가 write 등 기존 데이터의 변형이 생기면
  그 때, 새 메모리를 할당해 복제하는 방법

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＊fork() 시스템 콜

C언어 코드입니다.

• 운영체제에게 프로세스 복제해달라고 요청
• 복제된 자식 프로세스는 main 함수부터 시작되는 것이 아닌, fork(); 부터 시작된다.
  (program counter 등 기존 프로세스 문맥을 그대로 복제)
• 부모프로세스는 PID > 0이고, 자식 프로세스는 PID = 0 (원본, 복제본 구분)

 

＊exec() 시스템 콜

• 어떤 프로그램을 완전히 새로운 프로세스로 덮어씌움

 

＊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)
• 예) Linux 에서 커서 깜빡이는 상황 : 부모 프로그램이 돌아가고 있음
  -> 프로그램 이름 누르고 엔터를 누르면 -> 부모 프로세스 sleep -> 자식프로그램 실행 중
  -> 자식프로그램 종료되면 -> 다시 커서 깜빡임 (부모 프로세스 깨움)

 

＊exit() 시스템 콜

- 프로세스의 종료

모든 자원들을 반납하고, 부모에게 종료되었음을 알리고 끝난다.

• 자발적 종료
  • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해
  • 프로그램에 명시적으로 적지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
• 비자발적 종료
  • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제종료시킴
    1. 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청하는 경우
    2. 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않은 경우
  • 키보드로 kill, break 등을 친 경우
  • 부모가 종료하는 경우 : 부모 프로세스 종료 전, 자식들이 먼저 종료됨

 

＊프로세스 종료

- 프로세스가 마지막 명령 수행 후, 운영체제에게 이를 알려줌 (exit)

• 자발적으로 프로세스 종료시키는 경우
• 자식이 부모에게 output data를 보냄 (via wait)
• 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨

- 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴 (abort)

• 비자발적으로 자식을 강제로 프로세스 종료시키는 경우
• 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
• 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
• 부모가 종료(exit)하는 경우
  • 운영체제는 부모 프로세스가 종료 시, 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다
  • 단계적인 종료 : 자식 프로세스를 먼저 다 종료시키고 자신을 종료시킴

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＊프로세스 간 협력

- 독립적 프로세스(Independent process)

• 프로세스는 각자 주소 공간을 갖고 수행되므로 원칙적으로 한 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향 X

- 협력 프로세스(Cooperating process)

• 프로세스 협력 메커니즘을 통해 한 프로세스가 다른 프로세스 수행에 영향 O

- 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 : thead는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보긴 어렵지만 동일한 process를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력 가능

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＊Message passing

- Message system

• 프로세스 사이에 공유 변수(shared variable)를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템

- Direct Communication

• 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시

- Indirect Communication

• mailbox(또는 port)를 통해 메시지를 간접 전달