[운영체제] 4. Process Management

kocw 반효경 교수님의 운영체제 강의를 수강 후 작성한 글입니다.

1. 프로세스 생성

부모 프로세스가 자식 프로세스를 생성하여 프로세스의 트리(계층 구조)를 형성하게 된다.

• 프로세스는 자원을 필요로 한다
  • 운영체제로부터 받는다(메모리와 CPU 할당)
  • 부모와 공유
• 자원의 공유
  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부를 공유하는 모델 ex) Copy on write 모델 -> write가 발생하면 그때 copy를 함. 그 전까지는 부모의 자원을 공유.
  • 전혀 공유하지 않는 모델 -> 일반적인 경우. 부모와 자식 프로세스가 자원을 서로 경쟁함
• 수행
  • 부모와 자식이 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료될 때까지 부모가 기다리는(wait, 즉 blocked 상태) 모델

프로세스를 생성하면 자식은 부모의 공간을 복사하여 그 공간에 새로운 프로그램을 올린다.

ex) 유닉스. fork() 시스템 콜(운영체제에 요청)이 새로운 프로세스를 생성한다. (부모를 그대로 복사한 후, 주소 공간 할당 -> exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림)

2. 프로세스 종료

- 자발적 종료 (exit) : 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌.

• 자식이 부모에게 output data(끝났다는 signal)를 보냄
• 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨

- 비자발적 종료 (abort) : 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴.

• 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬 (메모리 접근 위반)
• 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
• 부모가 종료(exit)하는 경우
  • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않기에 단계적인 종료를 시킨다. (자식 프로세서를 먼저 kill 한 후, 부모 프로세스를 종료시킴)

3. fork() 시스템 콜

"creates a new address space that is a duplicate of the caller"

 

 

Parent process는 fork()에 의해 생성된 자식 프로세스의 pid 값을 가지므로 pid > 0이고, Child process의 pid는 0이다. 

또한 자식 프로세스가 생성될 때 부모 프로세스의 Program Counter도 복제해서 갖고있기 때문에 코드의 처음부터 실행되는 것이 아니라 PC가 가리키고 있는 시점, 즉 fork()하는 시점부터 실행한다.

4. exec() 시스템 콜

"replaces the memory image of the caller with a new program"

 

 

exec()을 실행하면 새로운 프로그램으로 덮어씌우는 것으로 덮어씌운 새로운 코드의 처음 부분부터 실행하게 된다.

5. wait() 시스템 콜

프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면 

• 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep 시킨다. (block 상태)
• Child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다. (ready 상태)

 

6. exit() 시스템 콜

프로세스 종료

- 자발적 종료

• 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해 종료
• 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치가 컴파일러가 exit()을 넣어줘서 종료함

- 비자발적 종료

• 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
  • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원을 요청하는 경우
  • 자식에게 할당된 태스크를 더이상 수행할 필요가 없을 경우
• 키보드로 kill, break 등의 명령어를 입력한 경우
• 부모가 종료하는 경우
  • 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 단계적으로 종료됨

7. 프로세스 간 협력 (IPC)

- 독자적 프로세스 (Independent process) : 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함.

- 협력 프로세스 (Cooperating process) : 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음.

- 프로세스 간 협력 메커니즘(IPC : Interprocess Communication)

• 메시지를 전달하는 방법
  • Message passing : 커널을 통해 메시지 전달
• 주소 공간을 공유하는 방법
  • Shared memory : 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 존재 

※ thread : thread는 사실상하나의 프로세스이므로 IPC로 보기는 어렵지만, 동일한 process를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

Message Passing

프로세스 사이에 공유 변수를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템

- Direct Communication : 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시

- Indirect Communication : mailbox(or port)를 통해 메시지를 간접 전달