[운영체제/OS] 프로세스

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<h1 id="프로세스process">프로세스(Process)</h1> <p>파일로 작성된 프로그램은 <a href="/study/os-system-software/#로더loader">로더</a>에 의해 주기억 장치에 상주되어 CPU에 의해서 처리된다. 이 때, <strong>주기억 장치</strong>에 상주된 <strong>프로그램</strong>이 <strong>CPU에 의해서 처리</strong>되는 상태를 <code class="language-plaintext highlighter-rouge">프로세스</code>라고 한다</p> <ul> <li>CPU에 의해서 현재 <strong>실행되고 있는 프로그램</strong></li> <li><code class="language-plaintext highlighter-rouge">PCB</code>(<strong>Process Control Block</strong>, 프로세스 제어 블록)의 존재로서 명시되는 것</li> <li>프로세서가 할당되는 개체로서 디스패치가 가능한 단위</li> <li>지정된 결과를 얻기 위한 일련의 <strong>계통적 동작</strong></li> <li>목적 또는 결과에 따라 발생하는 사건들의 과정</li> <li><strong>비동기적 행위</strong>^{<i class="fa fa-info-circle" aria-hidden="true"></i>}를 일으키는 주체</li> <li>프로시저가 활동 중인 상태를 의미</li> <li>실행 중인 프로시저의 제어 궤적</li> <li>CPU가 할당되는 실체</li> <li>운영체제가 관리하는 <strong>최소 단위의 작업</strong></li> </ul> <p class="notice--warning"><strong>비동기적 행위</strong> : 다중 프로그래밍 방식에서 CPU가 하나의 프로그램만을 연속적으로 처리하지 않고, 여러 프로그램의 일부분을 반복적으로 실행하고 중단하는 행위</p> <h2 id="프로세스의-상태전이도">프로세스의 상태전이도</h2> <p><a href="../../assets/images/OS/process-state-diagram.png" title="https://afteracademy.com/blog/what-is-long-term-short-term-and-medium-term-scheduler"><img src="../../assets/images/OS/process-state-diagram.png" alt="" title="프로세스의 상태 전이도" class="align-center" /></a></p> <h3 id="프로세스-상태">프로세스 상태</h3> <ul> <li> <p><strong>New(생성)</strong><br /> 프로세스가 막 생성된 상태</p> </li> <li><strong>Ready(준비)</strong><br /> 프로세스가 처리기를 사용하고 있지는 않지만 언제든 사용할 수 있는 상태를 의미 <ul> <li>프로세스가 처리기의 배정을 기다리고 있는 상태</li> <li>다른 프로세스 실행을 위해서 일시적으로 정지해있는 상태</li> <li>CPU에 의해 처리되기 위해 주기억 장치에 존재하는 상태</li> </ul> </li> <li> <p><strong>Running(실행)</strong><br /> 프로세스가 CPU를 차지하고 있는 상태 또는 프로세스의 명령이 실행되고 있는 상태를 의미</p> </li> <li><strong>Block(Wait, 대기/보류)</strong><br /> 프로세스가 어떤 사건이 일어나기를 기다리고 있는 상태 <ul> <li>처리 속도가 느린 I/O 작업 중인 상태</li> <li>외부적인 사건이 생길 때까지 실행할 수 없는 상태</li> </ul> </li> <li> <p><strong>Blocked Suspended</strong><br /> 프로세스가 대기 상태에서 기억 장치를 잃은 상태</p> </li> <li> <p><strong>Suspended Ready</strong><br /> 프로세스가 기억장치를 제외한 다른 모든 필요한 자원을 보유한 상태</p> </li> <li><strong>Exit(Terminated)</strong><br /> 프로세스의 실행을 완료되고 할당된 CPU를 반납한 상태</li> </ul> <h3 id="프로세스-상태-변화">프로세스 상태 변화</h3> <ul> <li> <p><strong>Dispatch</strong>(디스패치, 준비<i class="fas fa-arrow-alt-circle-right"></i>실행)<br /> 준비 상태에 있는 여러 프로세스 중 프로세스를 선정하여 CPU를 할당하는 시점</p> </li> <li> <p><strong>Timer Run Out</strong>(할당 시간 종료, 실행<i class="fas fa-arrow-alt-circle-right"></i>준비)<br /> 할당된 시간만큼 CPU를 사용하고 준비 상태로 변하는 시점. 상태 변이 원인이 외부에 있어 외부 인터럽트에 의해 할당 시간이 종료</p> </li> <li> <p><strong>I/O 발생</strong>(Block, 실행<i class="fas fa-arrow-alt-circle-right"></i>대기)<br /> 프로세스가 CPU 사용 중에 I/O 행위가 필요하여 대기 상태로 이동하는 시점</p> </li> <li> <p><strong>Wake up</strong>(대기<i class="fas fa-arrow-alt-circle-right"></i>준비)<br /> I/O 작업이 완료되거나 자원이 할당되어 다시 준비 상태로 이동하는 시점</p> </li> <li> <p><strong>Suspended</strong>(<strong>Swap-Out</strong>, 대기<i class="fas fa-arrow-alt-circle-right"></i>지연준비)<br /> 준비/대기 상태에서 기억 장치를 반납하고 지연 준비 상태로 전이</p> </li> <li> <p><strong>Resume</strong>(<strong>Swap-In</strong>, 지연 준비<i class="fas fa-arrow-alt-circle-right"></i>대기)<br /> 지연 준비/지연 대기 상태에서 기억 장치를 할당받아 준비(대기) 상태로 전이</p> </li> </ul> <h3 id="프로세스-스케줄링">프로세스 스케줄링</h3> <ul> <li> <p><strong>Long-Term</strong>(<code class="language-plaintext highlighter-rouge">장기</code> 스케줄러, <strong>Job Scheduler</strong>)<br /> 디스크에서 하나의 프로그램을 가져와 커널에 등록하면 프로세스가 되는데 이 때, 보조기억장치에서 <strong>어떤 프로그램을 가져와(Load) 커널(Job Queue)에 등록할 지 결정</strong>하는 역할을 수행</p> </li> <li> <p><strong>Middle-Term</strong>(<code class="language-plaintext highlighter-rouge">중기</code> 스케줄러)<br /> <strong>메모리에 적재된 프로세스의 수를 동적으로 조절</strong>하기 위해 추가된 스케줄러</p> <p>만약 메모리에 많은 수의 프로세스가 적재되어 프로세스 당 보유하고 있는 메모리량이 극도로 적어지게 되면 CPU 수행에 당장 필요한 프로세스의 주소 공간 조차도 메모리에 올려놓기 힘든 상황이 발생할 수 있다. 이 때, 디스크 I/O가 수시로 발생하게 되어 시스템의 성능이 심각하게 저하될 수 있다</p> <p>이런 경우에, 메모리를 올라와 있는 프로세스 중 일부로부터 메모리를 <strong>여유공간을 마련</strong>하기 위해 <strong>프로세스를 통째로 빼앗아</strong> 그 내용을 디스크의 <strong>스왑 영역에 저장</strong>한다(<strong>Swap-Out</strong>)</p> </li> <li> <p><strong>Short-Term</strong>(<code class="language-plaintext highlighter-rouge">단기</code> 스케줄러, <strong>CPU scheduler</strong>)<br /> <strong>준비 상태</strong>의 프로세스 중에서 어떤 프로세스를 다음 번에 <strong>실행 상태</strong>로 만들 것인지를 결정하는 역할을 수행(메모리에 있는 프로그램들 중 어떤 프로세스를 CPU에 할당할 지 결정)</p> <p>시분할 시스템에서 <strong>타이머 인터럽트가 발생</strong>하면 단기 스케줄러가 <strong>호출</strong>된다</p> </li> </ul> <h3 id="스풀spool-simultaneous-peripheral-operation-on-line">스풀(Spool, Simultaneous Peripheral Operation On​-Line)</h3> <p><strong>프로그램</strong>과 이를 이용하는 <strong>I/O 장치와의 속도 차를 극복</strong>하기 위한 장치로 대부분의 <strong>하드 디스크가 중재</strong>(프린트 작업에서도 사용)</p> <h3 id="버퍼링buffering">버퍼링(Buffering)</h3> <p><strong>CPU</strong>와 <strong>I/O 장치</strong>와의 속도 차이를 줄이기 위해 <strong>메모리가 중재</strong></p> <p>버퍼링은 <strong>한 레코드를 미리 읽어</strong> CPU에 저장해 두고 CPU가 필요한 레코드를 일기 위해 기다리는 일이 없도록 한다</p>

프로세스(Process)

파일로 작성된 프로그램은 로더에 의해 주기억 장치에 상주되어 CPU에 의해서 처리된다. 이 때, 주기억 장치에 상주된 프로그램이 CPU에 의해서 처리되는 상태를 프로세스라고 한다

• CPU에 의해서 현재 실행되고 있는 프로그램
• PCB(Process Control Block, 프로세스 제어 블록)의 존재로서 명시되는 것
• 프로세서가 할당되는 개체로서 디스패치가 가능한 단위
• 지정된 결과를 얻기 위한 일련의 계통적 동작
• 목적 또는 결과에 따라 발생하는 사건들의 과정
• 비동기적 행위를 일으키는 주체
• 프로시저가 활동 중인 상태를 의미
• 실행 중인 프로시저의 제어 궤적
• CPU가 할당되는 실체
• 운영체제가 관리하는 최소 단위의 작업

비동기적 행위 : 다중 프로그래밍 방식에서 CPU가 하나의 프로그램만을 연속적으로 처리하지 않고, 여러 프로그램의 일부분을 반복적으로 실행하고 중단하는 행위

프로세스의 상태전이도

프로세스 상태

• New(생성)
  프로세스가 막 생성된 상태

• Ready(준비)
  프로세스가 처리기를 사용하고 있지는 않지만 언제든 사용할 수 있는 상태를 의미
  • 프로세스가 처리기의 배정을 기다리고 있는 상태
  • 다른 프로세스 실행을 위해서 일시적으로 정지해있는 상태
  • CPU에 의해 처리되기 위해 주기억 장치에 존재하는 상태

• Running(실행)
  프로세스가 CPU를 차지하고 있는 상태 또는 프로세스의 명령이 실행되고 있는 상태를 의미

• Block(Wait, 대기/보류)
  프로세스가 어떤 사건이 일어나기를 기다리고 있는 상태
  • 처리 속도가 느린 I/O 작업 중인 상태
  • 외부적인 사건이 생길 때까지 실행할 수 없는 상태

• Blocked Suspended
  프로세스가 대기 상태에서 기억 장치를 잃은 상태

• Suspended Ready
  프로세스가 기억장치를 제외한 다른 모든 필요한 자원을 보유한 상태

• Exit(Terminated)
  프로세스의 실행을 완료되고 할당된 CPU를 반납한 상태

프로세스 상태 변화

• Dispatch(디스패치, 준비실행)
  준비 상태에 있는 여러 프로세스 중 프로세스를 선정하여 CPU를 할당하는 시점

• Timer Run Out(할당 시간 종료, 실행준비)
  할당된 시간만큼 CPU를 사용하고 준비 상태로 변하는 시점. 상태 변이 원인이 외부에 있어 외부 인터럽트에 의해 할당 시간이 종료

• I/O 발생(Block, 실행대기)
  프로세스가 CPU 사용 중에 I/O 행위가 필요하여 대기 상태로 이동하는 시점

• Wake up(대기준비)
  I/O 작업이 완료되거나 자원이 할당되어 다시 준비 상태로 이동하는 시점

• Suspended(Swap-Out, 대기지연준비)
  준비/대기 상태에서 기억 장치를 반납하고 지연 준비 상태로 전이

• Resume(Swap-In, 지연 준비대기)
  지연 준비/지연 대기 상태에서 기억 장치를 할당받아 준비(대기) 상태로 전이

프로세스 스케줄링

• Long-Term(장기 스케줄러, Job Scheduler)
  디스크에서 하나의 프로그램을 가져와 커널에 등록하면 프로세스가 되는데 이 때, 보조기억장치에서 어떤 프로그램을 가져와(Load) 커널(Job Queue)에 등록할 지 결정하는 역할을 수행

• Middle-Term(중기 스케줄러)
  메모리에 적재된 프로세스의 수를 동적으로 조절하기 위해 추가된 스케줄러

  만약 메모리에 많은 수의 프로세스가 적재되어 프로세스 당 보유하고 있는 메모리량이 극도로 적어지게 되면 CPU 수행에 당장 필요한 프로세스의 주소 공간 조차도 메모리에 올려놓기 힘든 상황이 발생할 수 있다. 이 때, 디스크 I/O가 수시로 발생하게 되어 시스템의 성능이 심각하게 저하될 수 있다

  이런 경우에, 메모리를 올라와 있는 프로세스 중 일부로부터 메모리를 여유공간을 마련하기 위해 프로세스를 통째로 빼앗아 그 내용을 디스크의 스왑 영역에 저장한다(Swap-Out)

• Short-Term(단기 스케줄러, CPU scheduler)
  준비 상태의 프로세스 중에서 어떤 프로세스를 다음 번에 실행 상태로 만들 것인지를 결정하는 역할을 수행(메모리에 있는 프로그램들 중 어떤 프로세스를 CPU에 할당할 지 결정)

  시분할 시스템에서 타이머 인터럽트가 발생하면 단기 스케줄러가 호출된다

스풀(Spool, Simultaneous Peripheral Operation On​-Line)

프로그램과 이를 이용하는 I/O 장치와의 속도 차를 극복하기 위한 장치로 대부분의 하드 디스크가 중재(프린트 작업에서도 사용)

버퍼링(Buffering)

CPU와 I/O 장치와의 속도 차이를 줄이기 위해 메모리가 중재

버퍼링은 한 레코드를 미리 읽어 CPU에 저장해 두고 CPU가 필요한 레코드를 일기 위해 기다리는 일이 없도록 한다