1) 프레세스 개념
1-1. 일반적인 정의는 "실행 중인 프로그램" 이다.
- 디스크에 저장되어 있던 실행 가능한 프로그램이 메모리에 적재되어 운영체제의 제어를 받는 상태
- 해당 프로세스가 사용하고 있는 메모리 영역(자신의 주소 공간)이 존재함을 의미
- 프로세서 할당(점유) 시간과 메 리모 , 파일, 입출력장치 등의 자원이 필 하며 요 , 자원은 프로세스 생성
및 실행 시 할당됨
- 현재의 활동 상태를 나타내는 프로그램 카운터와 프로세서의 현재 활동(레지스터 내용) 포함
1-2. 프로그램과 달리 프로세스는 메모리에 주소 공간을 갖는 능동적인 개체
- 실행 스택(Stack)
: 호출된 프로시저(함수)의 복귀 주소와 지역 변수 등의 일시적인 데이터 저장하는 영역
- 실행 힙(Heap)
: 텍스트(코드) 영역과는 별도로 유지되는 자유 영역
- 데이터(정적 변수)
: 프로세스 실행 중 동적으로 할당 받는 영역, 전역 또는 정적 변수 저장
- 텍스트(코드)
: 프로세서가 실행하는 코드 저장
2) 프로세스 종류
2-1. 운영체제 프로세스
- 커널 프로세스 또는 시스템 프로세스라 부름.
- 프로세스 실행 순서 제어, 사용하고 있는 프로세스가 다른 사용자나 운영체제 영역을 침범하지 못하게 감시하는 기능 담당
- 사용자 프로세스 생성, 입출력 프로세스 등 시스템 운영에 필요한 작업 수행
2-2. 사용자 프로세스
- 사용자 코드 수행
2-3. 병행 프로세스
: 프로세스 여러 개가 동시에 실행되며, 독립 프로세스와 협동 프로세스로 구분
1. 독립 프로세스
- 프로세스 여러 개가 병행하여 수행 시 주어진 초기값에 따라 항상 같은 결과를 보여줌
- 서로 독립적으로 실행되어 다른 프로세스에 영향을 받지 않고, 데이터를 공유하지않음
2. 협동 프로세스
- 다른 프로세스에 영향을 주거나 다른 프로세스에 의해 영향을 받음
- 컴퓨터 시스템의 제한된 자원을 공유하는 프로세스들이 통제되어 상호 작용해야 하는 경우 발생
- 컴퓨터 시스템의 제한된 자원을 공유하는 프로세스들이 통제되어 상호 작용해야 하는 경우 발생
- 서로 협동해야 하는 경우, 통신을 위한 수단과 동기화 기능이 필요
3) 프로세스 상태
:실행과 비실행 프로세스로 구분.
3-1. 프로세스는 실행되며 상태가 변하므로 운영체제는 프로세스 제어에 필요한 프로세스
상태를 점검해야 함
- 운영체제가 프로세스를 새로 생성하면 비실행 상태로 초기화되어 실행을 기다림
- 실행 중인 프로세스 종료 또는 인터럽트 발생 시 비실행 프로세스 중 선택된 프로세스 가 실행 상태로 변하고(dispatch) 인터럽트 된 프로세스는 비실행 상태로 변경
3-2.실행 상태 프로세스
- 실행 : 명령어가 실행되는 상태, 즉 프로세스가 프로세서를 점유한 상태
- 대기 또는 보류 : 프로세서가 이벤트(입출력 종료와 같은 외부 신호)가 일어나길 기다리 는 상태
- 준비 : 프로세스가 프로세서를 할당 받기 위해 기다리는 상태
3-3. 대부분의 프로세스는 준비나 대기(보류) 상태이며, 어느 한 순간에 한 프로세스만 실 행 상태가 됨
4) 프로세스 상태 변화
- 시스템의 모든 프로세스는 종료되어 시스템을 떠날 때까지 준비,실행, 대기(보류) 상태로
변화되며 실행되는 과정을 반복
- 운영체제는 프로세서 스케줄러를 이용해 프로세스 상태 변화를 관리
4-1작업 스케줄러
- 스풀러가 디스크에 저장한 작업들 중 실행할 작업을 선정, 준비 리스트에 삽입
- 이를 통해 다중 프로그래밍의 정도를 결정하는 핵심적인 역할 수행
- 선정한 작업에 대한 프로세스의 생성에서 종료까지의 과정 수행을 위해 [그림 3-5]와 같
은 상태 변화를 일으킴
4-2 프로세스 상태 변화([그림])
- 실행 프로세스가 자발적으로 프로세서 반환 전 할당된
시간이 경과하면 준비상태로 변경
- 실행 프로세스가 실행하다 입출력 명령이 발생 시 대기
(보류) 상태로 변경
- 대기 프로세스는 보류 이유가 제거되면 준비 상태로 변경.
- 준비 프로세스는 디스패처(Dispatcher Dispatcher)가 프로세서를
할당하면 다시 실행상태로 변경
4-2-1. 준비 → 실행
- 디스패치(Dispatch)
: 준비 리스트 맨 앞에 있던 프로세스가 프로세서를 선택(배당되어 실행)하는 것
dispatch(프로세스명) : 준비 → 실행
- 시간 할당
: 실행 프로세스가 프로세서를 일정 시간만 사용할 수 있도록 시간을 제한
: 특정 프로세스가 프로세서를 계속 독점하는 것을 방지
4-2-2 실행 → 준비
- 프로세스가 프로세서를 점유한 상태를 “프로세스가 실행 상태에 있다”라고 함
- 운영체제는 프로세스의 독점을 방지하기 위해 Interrupt Clock을 둠
: 특정 프로세스가 일정 시간이 지나도(timeout) 프로세서를 반환하지 않으면 Clock이
인터럽트를 발생, OS가 프로세서 제어권을 가짐.
- OS가 제어권을 가지면 실행 중인 프로세스는 ready 상태로 변화, ready list의 첫 프로
세스가 running 상태로 변경.
: timeout(프로세스명) : 실행 → 준비
4-2-3 실행 → 대기(보류)
- 실행 프로세스가 지정 시간 전에 입출력 연산 등이 필요하거나 새로운 자원 요청 등의 문제발생 시 스스로 프로세서를 양도하고 대기 상태로 변경
: bl k(프로세스명) : 실행 대기(보류)
4-2-4 대기(보류) → 준비
깨움( ) 프로세스의 마지막 상태 변화로 입출력 작업이 끝났을 때 발생
: block(프로세스명) : 실행 → 대기(보류)
- 깨움(Wake up) : 프로세스의 마지막 상태 변화로 입출력 작업이 끝났을 때 발생
: wakeup(프로세스명) : 대기(보류) → 준비
※ 프로세스 상태 변화 중 프로세스 스스로 하는 것은 보류뿐, 나머지는 외부 조건에 의해 발생
5) 스레드(Thread) 개요
5-1.프로세스에서 실행 제어만 분리한 실행 단위
- 경량 프로세스(LWP, Light Weight Process)라고도 부름
: 중량 프로세스(HWP, Heavy Weight Process)는 스레드를 하나 가진 작업
- 프로세서를 사용하는 기본 단위이며, 명령어를 독립적으로 실행할 수 있는 하나의 제어 흐름
- 작업 : 스레드의 그룹 환경
: 같은 그룹의 스레드와 코드, 주소 공간, 운영체제의 자원(파일, 신호) 등을 공유
※ 작업에 스레드가 없으면 아무 일도 할 수 없으므로 반드시 스레드가 있어야 함
5-2 프로세스는 스레드를 하나 이상 가지며, 각 스레드는 아래 내용을 포함
- 스레드 실행 시의 상태(실행, 준비 등)
- 실행 스택
- 지역 변수와 스레드의 특정 데이터를
저장하기 위한 스레드별 정적 저장소
- 프로세스의 다른 스레드가 공유하는
프로세스의 메모리와 자원에 대한
접근 등의 스레드 실행 환경 정보
6) 스레드의 장점
6-1. 프로세스에 포함된 스레드들은 공통의 목적 달성을 위해 병렬로 수행
- 자원을 공유하여 한 프로세스에서 동시 작업 가능
6-2. 시스템 성능과 효율 향상
- 하나의 프로세스가 서로 다른 프로세서에서 프로그램의 다른 부분을 동시에 실행 가능
- 응용 프로그램 하나가 비슷한 작업들을 여러 개 수행
6-3. 스레드를 이용하여 다음과 같은 이점을 얻을 수 있음
- 사용자에 대한 응답성 증가
: 응용 프로그램의 일부분이 봉쇄 또는 긴 작업 수 행 시에도 프로그램 실행을 계속 허용하여 사용 자에 대한 응답성이 증가
- 프로세스의 자원과 메모리 공유 가능
: 스레드는 그들이 속한 프로세스의 자원과 메모리 를 공유하므로, 응용 프로그램 하나가 같은 주소 공간에서 여러 개의 스레드를 실행, 시스템 성능 향상과 편리함 제공
- 경제성
: 한 프로세스의 자원을 공유하므로 프로세스를 생 성하는 것보다 오버헤드를 줄일 수 있음
- 다중 프로세서 구조 활용 가능
: 다중 프로세서 구조에서 각 스레드는 다른 프로세서에서
병렬로 실행될 수 있음
7) 단일 스레드와 다중 스레드
: 운영체제는 단일 프로세스에서 단일 스레드 실행과 다중 스레드 실행을 지원
7-1. 단일 스레드 프로세스
- 프로세스 하나에 스레드 하나가 실행되는 전통적인 방식으로 스레드의 개념이불확실함
- MS-DOS
7-2. 다중 스레드 프로세스
- 프로세스 하나에 여러 스레 를드 실행하는 것을 지원
- 윈도우 NT/XP, 솔라리스 등
8) 다중 스레드의 특징
- 각 스레드를 별도의 프로세서에서 실행하는 측면 다중 프로세싱(프로세서)와 같은 의미
- 동일 프로세스 내 스레드는 메모리와 파일을 공유하므로 프로세스 하나에 다수의실행
단위로 구분된 자원을 공유
- 자원 생성과 관리의 중복성을 최소화하여 실행 능력 향상
- 각 스레드는 kernel 개입 없이 서로 통신이 가능하여 독립적으로 실행
- 서버에서 많은 요청을 효과적으로 처리할 수 있는 환경
- 프로세스를 새로 생성하는 것보다 기존 프로세스에서 스레드를 생성하는 것이 빠르고,
같은 프로세스 내 스레드 간 교환이나 스레드 종료 역시 빠름
- 프로세스의 상대적인 무게를 줄여 효율을 극대화하는 것이 목표
- 프로그램 변경 없이 프로세서의 개수에 따라 스레드를 병렬로 처리 가능
- 같은 그룹의 스레드에 프로세서를 할당 또는 스레드 생성 시 중량 프로세서들 사이의
문맥 교환과 비교하여 더 경제적임
9) 단일 스레드와 다중 스레드 모델
9-1. 단일 스레드 프로세스 모델
- 프로세스를 하나의 스레드, 스레드가 가진 레지스터와 스택으로 표현
9-2. 다중 스레드 프로세스 모델
- 프로세스를 각각의 스레 와드 고유의 레지스터, 스택으로 표현, 프로세스 주소 영역을 모든 스레드가 공유
- 프로세스의 모든 스레드는 해당 프로세스의 자원과 상태를 공유, 같은 주소 공간에 존 재하며 동일한 데이터에 접근
10) 스레드 용법
10-1. 단일 사용자 다중 처리 시스템 환경
- 시스템 호출이 아닌 사용자 라이브러리 수준에서 스레드 개념을 제공, 빠른 속도
- 프로그램에 비동기적 요소를 구현 가능
- 실행 중인 스레드를 대기 상태로 변경, 다른 스레드로 제어를 이동시키는 상태 변화는
하나의 서버가 많은 요청을 받아들여 처리하는 효과적인 방법
10-2. 공유 메모리 형태의 다중 프로세서 시스템 환경
- 프로그램을 공유 메모리에 저장, 스레드를 각 프로세서에 할당, 병렬 처리하여 프로세서
성능을 매우 향상시킬 수 있음
10-3. 스레드의 단점
- 사용자 수준 스레드는 커널 자체가 스레드 하나로 구성, 시스템 호출 실행 시 해당
스레드가 포함된 전체 작업이 시스템 호출 결과가 돌아올 때까지 대기
11) 스레드의 상태 변화
11-1. 스레드의 특징
- 준비, 실행, 대기, 종료 상태로 구분, 프로세서를 함께 사용하며 항상 스레드 하나만 실 행됨.
- 한 프로세스에 있는 스레드는 순차적으로 실행, 자신의 정보를 위한 프로그램 카운터와
스택을 가짐
- 스레드 생성 시 운영체제는 부모 프로세스와 공유할 자원을 초기화하지 않음
- 프로세스 내 스레드는 해당 프로세스에서 다른 스레드를 생성, 새로 형성된 스레드를 위한 스택과 레지스터를 제공함으로 프로세스의 생성및 종료 과정보다 오버헤드가 적음
- 하나의 스레드가 대기 상태로 변할 때 전체 프로세스를 대기 상태로 변화시키지 않음
: 하나의 스레드가 대기 상태일 경우 다른 스레드 실행 가능
- 서로 독립적이지 않음
: 한 작업에 있는 모든 스레드는 작업의 모든 주소에 접근 가능
- 보호 문제
: 프로세서는 다수의 사용자에게서 발생, 경쟁적인 자원 요구와 서로 다른 관계 유지
: 스레드는 한 명의 사용자가 여러 스레드를 가진 작업 하나를 소유
12) 스레드의 상태
- 대기
: 스레드가 이벤트를 기다릴 때, 즉 입출력 작업 등이 완료될 때까지 대기(보류) 상태
: 자신의 정보(프로그램 카운터, 스택 포인터 등)를 실행 스택에 저장
- 준비
: 스레드가 프로세서에 의해 실행될 수 있는 상태
: 스레드를 대기시킨 이벤트 발생 시 해당 스레드는 준비 리스트에 삽입됨
- 실행
: 스레드가 프로세서를 점유하여 실행 중인 활성화 상태
- 종료
: 스레드가 작업을 종료하면 자원을 해제, 레지스터 문맥과 스택 할당 제거
* supplement
1.프로세스 개념
- 운영체제의 주 기능은 프로세스의 생성과 종료
- 프로세스는 실행 중인 프로그램으로 실행되는 프로세스는 독립적 혹은 협조적일수있음
- 협조적 프로세스는 논리적 주소 공간을 직접 공유 또는 파일을 통해서만 데이터 공유 가능
2. 프로세스 상태
- 프로세스 상태는 프로세스의 현재 활동에 의해 정의되며, 각 프로세스는 생성, 준비, 실
행, 대기, 종료 상태로 구분, 실행하면서 상태 변경
- 프로세스 제어블록(PCB)에 의해 OS에서 표현되며, 프로세스의 일시 정지( d suspend)
상태를 이용하여 다중 프로그래밍 환경에서 프로세스 유휴 시간(idle time) 발생을 해결 가능함
3. 문맥 교환
- 프로세스 전환 시 이전 프로세스 상태 레지스터 내용을 보관, 또 다른 프로세스의 레지
스터를 적재하는 문맥교환 과정을 거침
4. 프로세스와 스레드
- 운영체제는 프로세스를 자원의 소유, 스레드를 실행 단위로 개념을 분리
- 하나의 프로세스를 다수의 실행 단위로 구분하여 자원을 공유, 자원의 생성과 관리의
중복성을 최소화하여 수행 능력 향상
5. 스레드 상태
- 준비, 실행 대기, 종료 상태로 구분
- 한 프로세스에 있는 스레드는 순차적으로 실행, 자신의 정보를 위한 프로그램 카운터와
스택을 각각 가짐
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