본인이 뭐 어느 정도의 주니어 혹은 시니어 프로그래머 이상급 된다면 사실 이런 내용은 이미 다 알고있는 것일껍니다. 그런 게 아니라서 뭐 간단한 정리를 보고 싶으시다면 이 글이 도움이 되었으면 좋겠군요.
쓸데없이 서론이 길어졌다. ㅠㅠ 오랜만의 블로그라….
그럼 시작해보겠습니다. 주요 용어에 대해 볼드체를 처리했고, 그에 대한 내용을 풀어가는 형태로 글을 써봤습니다.
프로세스는 컴퓨터에서 실행되는 프로그램을 의미합니다. 일반적으로 프로그램은 하드디스크에 저장되어 있는데 프로그램을 실행하면 운영체제의 로더에 의해 메모리로 적재됩니다. 이렇게 메모리에 적재되어 실행되는 프로그램을 프로세스라고 합니다.
싱글테스킹은 운영체제에서 하나의 프로세스가 독점적으로 시스템 자원을 사용하는 것이고, 멀티태스킹은 운영체제에서 하나의 프로세스가 독점적으로 시스템 자원을 사용하는 것을 막기 위해 프로세스에 자원 사용 시간을 적절히 배분하여 이용합니다.
프로세스가 메모리에 로드되었을 때의 대략적인 녀석은 다음과 같습니다.
프로세스 컨텍스트(Process Context)는 프로세스 문맥이라도고 하며, 운영체제가 관리하는 프로세스 정보라고 보면 된다. 주로 다음과 같은 녀석들이다.
- CPU 상태: CPU 레지스터, 현재 프로세스가 수행되고 있는 위치 등 (ex: instruction pointer)
- PCB(Process Control Block): 커널이 관리하는 프로세스 정보 구조체
- 가상주소공간 데이터: 코드 데이터, 스택, 힙
위와 같은 내용이 프로세스 컨텍스트를 의미한다. 멀티테스킹 운영체제에서 실행되는 프로세스는 위와 같은 정보를 토대로 커널이 프로세스를 실행하고 있다는 것을 의미하며 컨텍스트 스위칭은 지금 실행하고 있는 프로세스의 실행을 멈추고 다른 프로세스의 컨텍스트를 가져와 실행함을 의미한다.
PCB(Process Control Block)는 운영체제 커널의 자료구조로써 프로세스를 표현하기 위해 사용된다. 커널은 이 자료구조를 사용해서 프로세스를 관리한다. PCB는 프로세스가 생성될 때 같이 생성되며 프로세스 고유의 정보를 포함한다. Win32 프로세스에서의 PCB 구조는 교과서 같은 곳에 많이 나와있는데, 외우고 있는 걸 노트에 그려봤다.
PCB는 체인으로 다른 PCB랑 연결되어 있다. (우리는 이런 걸 흔히 링크드 리스트라고 한다.) PCB에 포함된 정보가 글씨가 좀 지저분한데… 정리하면 다음과 같이 볼 수 있다.
- OS가 관리상 사용하는 정보: vm로세스 상태, 프로세스 ID, 스케쥴링 정보, 우선순위 등
- CPU 수행 관련 하드웨어 값: 프로그램 카운터, 레지스터 등
- 메모리 정보: 코드, 데이터, 스택의 위치 정보
- 파일 정보: 열어둔 파일 정보(핸들)
프로세스 상태는 컨텍스트 스위칭에 의해서 프로세스는 실행 상태에 놓일 수도 있고, 정지 상태에 놓일 수도 있는데, 이를 운영체제 교과서에서 이렇게 표현한다.
프로세스 상태에 대해서는 아래와 같이 정리해보자.
- 실행
프로세스가 CPU를 점유하고 있는 상태. - 대기
프로세스가 CPU를 점유하기 위해 기다리고 있는 상태. 메모리에는 이미 올라와 있을 뿐 아니라 CPU 동작을 위한 모든 조건들을 만족한 상태이다. - 블록(wait, sleep)
당작은 작업이 수행될 수 없는 상태. sleep 함수나 동기화를 위해 대기해야 할 경우에 프로세스는 블록 상태가 된다. - 정지
스케쥴러나 인터럽트 때문에 비활성화 된 상태. 외부에서 다시 재개시켜야 활성화 상태로 변경된다.
컨텍스트 스위칭(Context Switching)은 CPU가 한 프로세스에서 PCB 정보로 스위칭 되는 과정을 의미한다. 그 과정도 일단 손으로 그려보았다.
위에 그림에서 보면 두 프로세스가 실행과 중지를 반복하여 컨텍스트 스위칭 되는 과정을 보여준다. 프로세스 1이 실행중에 있다가 컨텍스트 스위칭이 발생할 경우, 운영체제는 프로세스 1의 PCB를 저장한 뒤 프로세스 2의 PCB를 복원시킨다. 그러고 나서 프로세스 2의 실행이 진행된다. 그러다가 다시 프로세스 1을 실행할 때에는 프로세스 2 PCB를 저장하고 프로세스 1의 PCB를 불러온다. 이런 과정을 반복하면서 두 프로세스는 실행과 중지를 반복한다. 컨텍스트 스위칭은 시스템 콜이나 외부 인터럽트에 의해서 주로 발생한다.
프로세스에 관해서 간단하게 정리해보면 이 정도가 될 듯 하다. 너무 간단하게 적긴 했다만… 자세한 걸 보고 싶으면 운영체제 책을 가지고 제대로 공부하면 된다.
다음 글에서는 스레드에 대해서 지금처럼 간단하게 작성하려 한다.
p.s. 너무 오랜만에 글을 썼는데… 앞으로 자주 쓰려고 합니다. ;ㅅ;
