[운영체제] 4. Process Management

프로세스 생성 Process Creation

• 부모 프로세스가 자식 프로세스 생성
  • 복제 생성 : process context - code, data, stack / CPU context - PCB을 모두 복사
• 프로세스의 트리(계층 구조) 형성
• 프로세스는 자원을 필요로 함 : 운영체제로부터 받거나 부모와 공유

 

자원의 공유

• 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델 : Copy-on-write(COW)
  • copy 자체는 비효율적이고 메모리를 낭비하는 행위
  • 리눅스 등 효율적인 OS에서는 공유할 수 있는 것은 공유하고 달라지는 것만 일부 copy(write)
• 일부를 공유하는 모델
• 전혀 공유하지 않는 모델(일반적 : 별개의 프로세스이기 때문에 부모-자식 경쟁)

 

수행 Execution

• 부모와 자식이 공존하며 수행되는 모델
• 자식이 종료terminate될 때까지 부모가 기다리는wait 모델

 

주소 공간 Address Space

• 자식은 부모의 공간 및 자원을 복사한 후(binary and OS data) 그 공간에 새로운 프로그램을 덮어씌움

• 유닉스의 예
  • 1) fork() 시스템 콜 : 새로운 프로세스를 생성(운영체제에게 요청)
    • 부모를 그대로 복사(OS data except PID + binary) 후 주소 공간 할당
  • 2) exec() 시스템 콜 : 새로운 프로그램을 메모리에 올림

 

프로세스 종료 Process Termination

• exit(자발적): 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌
  • 자식이 부모에게 wait을 통해 output data를 보냄
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨
• abort(비자발적) : 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴
  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어선 경우
  • 자식에게 할당된 task가 더 이상 필요하지 않은 경우
  • 부모가 exit하는 경우 : 부모 종료 -> 자식 종료순으로 단계적 종료

 

fork() 시스템 콜

프로세스를 생성하는 역할로, caller와 동일한 주소 공간을 복제해서 할당한다.

1) 부모 process : 코드의 처음부터 시작. fork 후 아래 코드 이어서 실행

2) 자식 process : fork() 이루어진 다음 시점부터 시작(부모 process의 PCB를 복제하기 때문)

=> fork가 무한히 일어나는 것이 아님

 

exec() 시스템 콜

특정 프로그램의 메모리 image를 덮어씌움 - 복구 불가

• fork()를 하지 않아도 exec()가 가능하다. 
• exec() 이후에 있는 코드는 실행할 수 없다.

 

wait() 시스템 콜

프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep 시킴(block 상태)

child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다(ready 상태)

 

exit() 시스템 콜

모든 리소스를 해제하고, 부모에게 알림

• 1) 자발적 종료
  • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해 종료
  • 프로그램에 명시적으로 적어넣지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
• 2) 비자발적 종료
  • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
    • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원을 요청하는 경우
    • 자식에게 할당된 task가 더 이상 필요하지 않은 경우
  • 키보드로 kill, break를 친 경우
  • 부모가 종료하는 경우 : 자식들이 먼저 종료됨

 

프로세스 간 협력

• 1) 독립적 프로세스 independent process
  • 프로세스는 각자의 주소공간을 가지고 수행
  • 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함
• 2) 협력 프로세스 Cooperating process
  • 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음

 

프로세스 간 협력 메커니즘( IPC : interprocess communication)

• message passing : OS 커널을 통해 메시지 전달
• shared memory : 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유
  
  • cf) thread : thread는 사실상 하나의 프로세스(프로세스 안의 협력 단위)이므로 프로세스 간 협력은 아님.
  • 동일한 process를 구성하는 thread 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

 

Message Passing

프로세스 사이에 shared variable을 일체 사용하지 않고 운영체제 커널로 통신하는 시스템

1) Direct communication

2) Indirect communication

 

Shared Memory

커널에게 shared memory 생성 요청 필요