Process & Thread

Process

[TOC]

 

프로세스의 개념

• Process is a program in execution

• 프로세스의 문맥(context)
  • CPU 수행 상태를 나타내는 하드웨어 문맥
    • Program Counter
    • 각종 Register

• 프로세스의 주소 공간
  • code, data, stack

• 프로세스 관련 커널 자료 구조
  • PCB (Process Control Block)
  • Kernel stack

• 프로세스의 문맥을 파악하고 있어야 다시 실행할 때 문제없이 재시작할수 있다.

 

프로세스의 상태 (Process State)

• 프로세스는 상태(state)가 변경되며 수행된다.
  • Running
    • CPU를 잡고 instruction을 수행중인 상태

• Ready
  • CPU를 기다리는 상태(메모리 등 다른 조건을 모두 만족하고)
  • 다른 조건 = 프로세스 문맥을 다 알고 있어야함

• Blocked (wait, sleep)
  • CPU를 주어도 당장 instruction을 수행할 수 없는 상태
  • Process 자신이 요청한 event가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태
  • ex) 디스크에서 file을 읽어와야 하는 경우
  • 자신이 요청한 event가 만족되면 Ready 상태로 변함

• Suspended (stopped)
  • 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태
  • 프로세스는 통째로 디스크에 swap out된다.
  • 예) 사용자가 프로그램을 일시 정지시킨 경우(break key)
  • 메모리에 너무 많은 프로세스가 올라오면 잠시 정지됨
  • 외부에서 resume 해주어야 active가 됨

• New : 프로세스가 생성중인 상태
• Terminated : 수행(execution)이 끝남

• CPU queue나 IO queue는 Kernal Address Space의 Data 영역에 저장되어있음

 

 

PCB (Process Control Block)

• 운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 프로세스당 유지하는 정보

• Pointer, Process State, Process Number
  • OS가 관리상 사용하는 정보
  • Process state (ready, running 등) , Process ID (프로세스 고유 번호)
  • scheduling information, priority
    • 우선순위나 스케쥴링 정보

• Program Counter, Registers
  • CPU 수행 관련 하드웨어 값

• Memory Limits
  • 메모리 관련
  • Code, data, Stack의 위치 정보

• List of open files
  • 파일 관련
  • Open file descriptors...

 

 

Context Switch (컨텍스트 스위치)

• CPU를 한 프로세스에서 다른 프로세스로 넘겨주는 과정
• CPU가 다른 프로세스에게 넘어갈 때 운영체제는 다음을 수행
  • CPU를 내어주는 프로세스의 상태를 그 프로세스의 PCB에 저장
  • CPU를 새롭게 얻는 프로세스의 상태를 PCB에서 읽어옴
  • 프로세스 PCB는 커널 스택에 저장되어 있음

• CPU는 PCB에서 PC와 Register 정보를 받아와 다시 실행함

• System call이나 Interrupt 발생시 반드시 Context Swtich가 일어나는 것은 아니다.
  • Process A가 실행중 ISR이나 System Call 함수로 Kernal mode로 잠시 변한 뒤 다시 프로세스 A가 실행 될 수 있음
  • Process A가 실행중 timer interrupt 혹은 IO 요청 system call이 오면 kernal 모드로 변환한 뒤 다른 프로세스로 넘어감(컨텍스트 스위치 일어남)
    • IO 요청은 오래걸리는 작업이라 컨텍스트 스위치 일어남

 

 

프로세스를 스케줄링하기 위한 큐

• Job queue
  • 현재 시스템 내에 있는 모든 프로세스의 집합

• Ready queue
  • 현재 메모리 내에 있으면서 CPU를 잡아서 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합

• Device queue
  • I/O device의 처리를 기다리는 프로세스의 집합

• 프로세스들은 각 큐들을 오가며 수행됨

 

 

스케쥴러 (Scheduler)

• 순서를 정해주는 역할

• Long-term scheduler (장기 스케쥴러 or Job scheduler)
  • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정
    • new 에서 ready로 변하는 것을 결정(admitted)
  • 프로세스에 memory(및 각종 자원)를 주는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어
    • 메모리에 올라가있는 프로세스의 수를 제어
  • time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음 (무조건 ready)

• Short-term scheduler (단기 스케줄러 or CPU scheduler)
  • 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬지 결정
  • 프로세스에 CPU를 주는 문제
  • 충분히 빨라야함 (m/s 단위)

• Medium-Term Scheduler (중기 스케줄러 or Swapper)
  • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
  • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제
  • degree of Multiprogramming을 제어
    • 메모리에 올라가있는 프로세스의 수를 제어

• 장기 스케줄러는 없기 때문에 중기 스케줄러가 메모리의 프로세스 수를 제어함

 

 

쓰레드

• "A thread (or lightweight process) is a basic unit of CPU utilization"
• 프로세스에서 공유할 수 있는건 최대한 공유
  • PC, register, stack은 개별 보관
• Thread의 구성
  • program counter
    • 코드의 어느 부분을 실행하고 있는지 저장
  • register set
    • 어떤 값이 들어가있는가
  • stack space

• Thread가 동료 Thread와 공유하는 부분(= task)
  • code section
  • data section
  • OS resources

 

 

스레드 장점

• 스레드 장점
  • 다중 스레드로 굿어된 태스크 구조에서는 하나의 서버 스레드가 blocked(wating) 상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 스레드가 실행(running)되어 빠른 처리 가능
  • 동일한 일을 수행하는 다중 스레드가 협력하여 높은 처리율(throughput)과 성능 향상을 얻을 수 있음
  • 스레드를 사용하면 병렬성을 높일 수 있음

 

• 응답성 (Responsiveness)
• 자원 공유(Resource Sharing)
• 경제성(Economy)
  • 새 프로세스를 만드는 것보다 스레드를 추가시키는 것이 낫다
  • 프로세스 간 context switch도 오버헤드가 큼
    • 오버헤드 = 어떤 처리를 하기 위해 들어가는 간접적인 처리 시간 · 메모리등
• 멀티 프로세스 구조의 유틸성

ref : http://www.kocw.net/home/cview.do?cid=3646706b4347ef09 (운영체제, 반효경 교수)