혼공 컴+운 chapter10. 프로세스와 스레드

10-1. 프로세스 개요

- 보조기억 장치에 저장된 프로그램을 메모리에 적재하고 실행하는 순간 그 프로그램은 프로세스가 된다. 이 과정을 프로세스를 생성한다라고 표현

프로세스 직접 확인하기

포그라운드 프로세스 : 사용자가 보는 앞에서 실행되는 프로세스
백그라운드 프로세스 : 사용자가 보지 못하는 뒤편에서 실행되는 프로세스
- 백그라운드 프로세스: 사용자와 직접 상호작용
- 데몬/ 서비스 : 사용자와 상호작용하지 않는 백그라운드 프로세스

프로세스 제어 블록

CPU자원은 한정되어 있기 때문에 프로세스들은 차례대로 돌아가며 한정된 시간 만큼만 CPU를 이용.
운영체제는 빠르게 번갈아 수행되는 프로세스의 실행 순서를 관리하고, 프로세스에 CPU를 비롯한 자원 배분.
프로세스 제어 블록 (PCB) : 프로세스와 관련된 정보를 저장하는 자료구조.
- 커널영역에 생성된다.
- PCB로 특정 프로세스를 식별하고 해당 프로세스를 처리하는데 필요한 정보를 판단.
PCB에 담기는 정보
- 프로세스 ID(PID) : 특정 프로세스를 식별하기 위해 부여하는 고유한 번호.
- 레지스터 값 : 프로세스는 자신의 실행 차례가 돌아오면 이전까지 사용했던 레지스터의 중간값들을 모두 복원.
- 프로세스 상태 : 현재 프로세스가 어떤 상태인 지 기록. EX) CPU를 사용하기 위해 기다리고 있는 상태인지, 아니면 CPU를 이용하고 있는 상태인 지.
- CPU 스케줄링 정보 : 프로세스가 언제, 어떤 순서로 CPU를 할당받을지에 대한 정보
- 메모리 관리 정보 : 프로세스마다 메모리에 저장된 위치가 다르다. PCB에는 프로세스가 어느 주소에 저장되어 있는지에 대한 정보가 있어야 한다.
- 사용한 파일과 입출력장치 목록 : 어던 입출력장치가 이 프로세스에 할당되었는지, 어떤 파일들을 열엇는지에 대한 정보들이 PCB에 기록.

문맥 교환

프로세스의 메모리 영역

- 정적 할당 영역 : 코드 영역과 데이터 영역은 크기가 고정된 영역이다.

- 동적 할당 영역 : 힙 영역과 스택 영역은 프로세스 실해과정에서 그 크기가 변할 수 있는 영역이다.

힙 영역 : 프로그래머가 직접 할당할 수 있는 저장공간이다. 메모리 공간을 할당 하면 해당 공간을 언젠가는 반환 해야한다. 메모리 공간을 반환하지 않는다면 할당한 공간은 메모리 내에 계속 남아 메모리 낭비를 초래.(메모리 누수)
스택 영역 : 데이터를 일시적으로 저장하는 공간. EX) 매개 변수, 지역 변수

10-2. 프로세스 상태와 계층 구조

프로세스 상태

생성 상태 : 프로세스를 생성 중인 상태. 이제 막 메모리에 적재되어 PCB를 할당 받은 상태.
준비 상태 : 당장이라도 CPU를 할당받아 실행할 수 있지만, 아직 자신의 차례가 아니기에 기다리고 있는 상태.
실행 상태 : CPU를 할당받아 실행 중인 상태. 실행 상태인 프로세스는 할당된 일정 시간 동안만 CPU를 사용할 수 있다.
대기 상태 : 프로세스는 실행 도중 입출력장치를 사용하는 경우가 있따. 입출력 작업은 CPU에 비해 처리 속도가 느리기에, 입출력 작업을 요청한 프로세스는 입출력장치가 입출력을 끝낼 때까지 기다려야 한다.
종료 상태 : 프로세스가 종료된 상태. 프로세스가 종료되면 운영체제는 PCB와 프로세스가 사용한 메모리를 정리.

프로세스 계층 구조

- 부모 프로세스와 자식 프로세스는 다른 프로세스이기에 각기 다른 PID를 가진다.

- 프로세스 계층 구조

프로세스 생성 기법

- 부모 프로세스를 통해 생성된 자식 프로세스들은 복제와 옷 갈아입기를 통해 실행된다.

부모 프로세스는 fork를 통해 자신의 복사본을 자식 프로세스로 생성해낸다.
만들어진 복사본(자식프로세스)은 exec를 통해 자신의 메모리 공간을 다른 프로그램으로 교체.
- fork : 자기 자신 프로세스의 복사본을 만드는 시스템 호출
- exec : 메모리 공간을 새로운 프로그램으로 덮어쓰는 시스템 호출

필수 문제

1. 다음은 프로세스 상태를 보여주는 프로세스 상태 다이어그램입니다. 1부터 5까지 올바른 상태를 적어 보세요.

10-3. 스레드

- 스레드 : 프로세스를 구성하는 실행의 흐름 단위

프로세스와 스레드

단일 스레드 프로세스 : 실행의 흐름 단위가 하나 => 스레드라는 개념이 도입되면서 하나의 프로세스가 한 번에 여러 일을 동시에 처리. 프로세스를 구성하는 여러 명렁어를 동시에 실행.
스레드 구성 : 각기 다른 스레드 ID, 프로그램 카운터 값을 비롯한 레지스터 값, 스택 => 프로세스 스레드들은 실행에 필요한 최소한의 정보만을 유지한 채 프로세스 자원ㅇ르 공유하며 실행된다.

멀티프로세스와 멀티스레드

멀티프로세스 : 프로세스를 동시에 실행하는 것.
멀티스레드 : 여러 스레드로 프로세스를 동시에 실행하는 것
단일 스레드 프로세스 여러 개를 실행하는 것과 하나의 프로세스를 여러 스레드로 실행하는 것의 차이점 : 프로세스끼리는 기본적으로 자원을 공유하지 않지만, 스레드끼리는 같은 프로세스 내의 자원을 공유한다.

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