4-1~2. Process Management 1,2

4-1 Process Management 1

프로세스 생성(Process Creation), 프로세스 종료(Process Termination)

4-2 Process Management 2

프로세스 생성(Process Creation), 프로세스와 관련한 시스템콜, 프로세스 간 협력, Message Passing, Interprocess communication, CPU and I/O Bursts in Program Execution, CPU-burst Time의 분포, 프로세스의 특성 분류, CPU Scheduler & Dispatcher

프로세스 생성(Process Creation)

• 부모 프로세스가 자식 프로세스 생성 (Copy-on-write(COW): write가 발생했을 때 copy해서 새로운걸 만들겠다. 그전에는 그냥 부모를 공유하고있겠다.)
• 프로세스의 트리(계층구조)형성
• 프로세스는 자원을 필요로 함
  • 운영체제로부터 받는다
  • 부모와 공유한다
• 자원의 공유
  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부를 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델 (경쟁하기때문에 주로 공유하지않음!)
• 수행(Execution)
  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료(terminate)될 때까지 부모가 기다리는(wait)모델
• 주소 공간(Address space)
  • 자식은 부모의 공간을 복사함 (binary and OS data) : fork() (부모를 그대로 복사 후 주소 공간 할당)
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림 : exec()

프로세스 종료(Process Termination)

• 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌(exit)
  • 자식이 부모에게 output data를 보냄(via wait())
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨
• 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴(abort)
  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
  • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
  • 부모가 종료(exit)하는 경우
    • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다.
    • 단계적인 종료

fork()시스템 콜 : 부모와 동일하게 복제

int main()
{
	int pid;
	pid = fork();
	if(pid == 0) /* this is child */ //자식 프로세스는 fork의 결과값이 0
		printf("\\n Hello, I an child! \\n");
	else if (pid >0) /* this is parent */  //부모 프로세스는 fork의 결과값이 양수
		printf("\\n Hello, I an parent! \\n");
}

exec()시스템 콜 : 새로운 프로그램으로 덮어씌우기

  int main()
{
	int pid;
	pid = fork();
	if(pid == 0) /* this is child */ //자식 프로세스는 fork의 결과값이 0
	{
		printf("\\n Hello, I an child! Now I'll run date \\n");
	  execlp("/bin/date", "bin/date", (char *) 0); //0은 Null!
	}
		

	else if (pid >0) /* this is parent */  //부모 프로세스는 fork의 결과값이 양수
		printf("\\n Hello, I an parent! \\n");
}

Wait()시스템 콜 : 부모는 자식이 종료될때까지 기다리기

프로세스 A가 wait() 시스템콜을 호출하면 커널은 child가 종료될 때 까지 프로세스 A를 sleep시킨다. (block상태)

child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다 (ready 상태)

 

exit()시스템콜 : 모든자원을 반납하고 부모프로세스에게 죽는다 알림

프로세스의 종료!

• 자발적 종료
  • 마지막 문장 수행 후 exit()시스템 콜을 통해 스스로 종료
    • 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
• 비자발적 종료
  • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
    • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청
    • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
    • 키보드로 kill, break 등을 친 경우
    • 부모가 종료하는 경우
      • 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨

프로세스 간 협력

• 독립적 프로세스(Independent process)
  • 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함 (경쟁)
• 협력 프로세스(Cooperating process)
  • 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음
• 프로세스 간 협력 메커니즘(IPC: Interprocess Communication) :서로 정보를 주고 받으며 실행
  • 메시지를 전달하는 방법(message passing) : 커널을 통해 메시지 전달 (직접 X)
    • Message system : 프로세스 사이에 공유변수를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템
    • Direct Communication : 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
    • Indirect Communication : mailbox(또는 port)를 통해 메시지를 간접 전달
  • 주소 공간을 공유하는 방법(shared memory) : 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음
  *thread : thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만, 동일한 프로세스를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능함

CPU 스케쥴링

누구한테 우선적으로 줄것인가, 언제 뺏을것인가.

프로세스는 그 특성에 따라 다음 두 가지로 나눔

• I/O-bound process
  • CPU를 잡고 계산하는 시간보다 I/O에 많은 시간이 필요한 job
  • (many short CPU bursts)
• CPU-bound process
  • 계산 위주의 job
  • (few very long CPU bursts)
• CPU Scheduler (누구한테 줄지 결정)
  • Ready 상태의 프로세스 중에서 이번에 CPU를 줄 프로세스를 고른다.
• Dispatcher (실제로 CPU를 주는 과정)
  • CPU의 제어권을 CPU shceduler에 의해 선택된 프로세스에게 넘긴다.
  • 이 과정을 context switch(문맥 교환)라고 한다.
• CPU 스케쥴링이 필요한 경우는 프로세스에게 다음과 같은 상태 변화가 있는 경우!
  1. Running → Blocked(예: I/O요청하는 시스템 콜)
     1. Nonpreemptive(=강제로 빼앗지 않고 자진 반납)
  2. Running → Ready(예: 할당시간만료로 timer interrupt) (나는 CPU를 계속쓰고싶지만 무한정 쓸 수 없으니 시간초과로 빼앗음)
     1. (All other scheduling is preemptive = 강제로 빼앗음)
  3. Blocked → Ready(예: I/O 완료 후 인터럽트) (I/O와 같이 오래걸리는 작업이 끝나고 인터럽트를 걸어서 Ready로 줌)
     1. (All other scheduling is preemptive = 강제로 빼앗음)
  4. Terminate (프로세스 종료되어서 할일 없을 때)
     1. Nonpreemptive(=강제로 빼앗지 않고 자진 반납)