운영체제 프로세스와 쓰레드

1. 프로세스 

 

프로세스란? 

- 실행중인 프로그램

- 프로그램: 동작을 하지 않는 정적, 수동적 개체

- 프로세스: 동작을 하는 능동적 개체

 

운영체제로부터 자원을 할당 받아 동작한다.

- 자원: CPU, 메모리, 입출력장치, 파일 등

- 동작: CPU가 프로세스의 명령을 실행 

 

운영체제(프로세스 관리자)가 처리하는 작업

- 프로세스를 생성 및 종료

- 프로세스를 실행시키기 위한 스케줄링 작업

- 프로세스의 상태 관리 

 

 

 

프로세스의 구성

- 메모리 구조

- 프로세스 제어 블록 

 

 

 

메모리 구조

- 프로그램 실행에 직접 필요한 코드와 데이터 

 

 

 

코드 영역: 프로그램 자체 

데이터 영역: 프로그램 실행시 필요한 데이터 -> 상수나 변수의 값(static), 서브 프로그램의 호출 상태 등 

 

 

프로세스 제어블록 (Process Control Block, PCB) 

- 운영체제가 프로세스를 관리하기 위해 필요한 정보

- 각 프로세스마다 존재

- 여러 프로세스가 번갈아 실행되는 경우 PCB에 저장된 정보 활용 

 

 

프로세스 상태 

- 생성: 처음 작업이 시스템에 주어진 상태

- 준비: 실행 준비가 되어 CPU 할당을 기다리는 상태

- 실행: 프로세스가 처리되는 상태

- 종료: 프로세스가 더 이상 실행되지 않도록 끝난 상태

- 대기: 프로세스가 I/O 작업이 끝날 때까지 또는 특정 자원을 할당받을 때까지 보류되는 상태 

 

프로세스 상태 변화 

 

 

프로세스 생성 방법

- 사용자가 프로그램을 직접 실행

- 한 프로세스가 다른 프로세스를 생성 

  -> 프로세스 생성 시스템 호출 이용

  -> 부모 프로세스: 시스템 호출을 하는 프로세스

  -> 자식 프로세스: 시스템 호출을 통해 새로 생성된 프로세스 

 

 

Unix, Linux에서 프로세스 호출

 

- fork()

-> 부모 프로세스를 복제시켜 자식 프로세스를 만들어냄

-> 자식 프로세스는 부모 프로세스의 복제본 

 

    // fork()를 호출하여 자식 프로세스 생성
    pid = fork();

 

기존에 PID = 10 이면 

fork() 후에는 자식 프로세스는 부모를 복제해올 뿐임. 전부 똑같이 가져오지만 

단, PID는 다르게 생성. 

자식의 PID = 25 

 

 

 

- exec()

자식 프로세스는 부모 프로세스와는 다른 새로운 프로그램 실행 

 

 

prg2라는 새로운 프로그램에 맞춰서 바뀜 

단 PID는 바뀌지 않음 

 

 

 

 

 

Windows의 명령어

- CreateProcess()

-> 자식 프로세스는 새로운 프로그램 생성 

-> 처음부터 새로운 프로그램 

 

prg2와 pid를 인자로 받아와서 처음부터 내용이 prg2에 관한 내용으로 만들어지며, PID만 부모와 다른 id로 만들어짐 

 

 

 

 

 

 

프로세스 종료 방법 

- 프로세스가 모든 처리를 완료 => 정상적 종료

- 부모 프로세스에 의해 자식 프로세스가 강제 종료 

   -> 프로세스 종료 시스템 호출 이용

   -> 자식 프로세스 생성시 얻은 PID를 이용

- 부모 프로세스가 종료되는 경우 운영체제가 자식 프로세스를 종료 

 

 

 

 

2. 쓰레드 

 

 

전통적인 프로세스

- 하나의 프로그램을 실행하기 위한 기본적인 단위

- 자원 소유의 단위: 하나의 메모리 구조

- 디스패칭의 단위: 하나의 제어 흐름 

- 프로세스 내에서 다중 처리가 불가능 

 

 

 

쓰레드 

- 프로세스 내에서의 다중 처리를 위해 제안된 개념

- 하나의 프로그램을 실행하기 위한 기본적인 단위

- 디스패칭 단위 - 자원 소유의 단위: 프로세스

- 하나의 프로세스 내에는 하나 이상의 쓰레드가 존재 

 

 

 

 

 

 

쓰레드는 실행에 필요한 최소한의 정보만 가짐 

- PC를 포함한 레지스터 값

- 상태 정보

- 스택 영역 

 

나머지 정보는 프로세스에 두고 다른 쓰레드와 공유 

 

 

 

 

멀티 CPU 또는 멀티코어 컴퓨터 시스템

-> 다중 쓰레드를 병렬로 처리 가능 

 

처리 속도 별로 쓰레드가 나눠진 경우 

-> 효율적인 처리 가능 

 

 

 

---

참고자료: 운영체제(김진욱, 이인복 공저, KNOU press 출판)