[KOCW 운영체제] 4강 프로세스 관리(Process Management)

KOCW 이화여대 반효경 교수님의 운영체제(2014-1) 강의 정리입니다.

프로세스 생성(Creation)

• 부모 프로세스(Parent Process)가 자식 프로세스(Children Process) 생성.

• 프로세스의 트리(계층 구조) 형성.

• 프로세스는 자원을 필요로 한다.
  • 운영체제로부터 받는다.

  • 부모와 공유한다.

  • 자원의 공유
    • 원칙적으로는 공유하지 않으므로, 공유하지 않는 모델이 일반적이다.
    1. 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델.
    2. 일부를 공유하는 모델.
    3. 전혀 공유하지 않는 모델.
• 주소 공간(Address space)
  • 자식은 부모의 주소 공간을 복사한다.
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올린다.
• 유닉스의 예
  • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성
  • fork() 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올린다.

프로세스 수행(Execution)

• 부모와 자식이 공존하며 수행되는 모델.
• 자식이 종료(Terminal)될 때까지 부모가 기다리는(Wait) 모델.

프로세스 종료(Termination)

• 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려준다. 👉 exit
  • 자식이 부모에게 Output Data를 보낸다(via wait).
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납된다.
• 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킨다. 👉 abort
  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어선 경우.
  • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않은 경우.
  • 부모가 종료(exit)하는 경우
    • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다.
    • 단계적인 종료.

프로세스와 관련한 시스템 콜

• fork()
  • Create A Child (Copy)
• exec()
  • Overlay New mage
• wait()
  • Sleep Until Child Is Done
• exit()
  • Frees All The Resources, Notify Parent

fork() 시스템 콜

• 프로세스는 fork() 시스템 콜로 생성된다.

  int main() 
  {
    int pid;
    pid = fork(); /*시스템 콜을 통해 자식 프로세스가 만들어진다*/
    if (pid == 0) /*child*/
      printf("\n Hello, I am child!\n");
    else if (pid > 0) /*parent*/
      printf("\n Hello, I am parent!\n);
  }
  

  • 자식 프로세스는 부모 프로세스의 문맥을 그대로 복사하므로, 부모 프로세스가 fork()를 수행한 다음 시점부터 실행된다.
  • fork() 함수의 반환 값으로 부모와 자식 프로세스를 구분할 수 있다.
    • 부모 프로세스는 양수(자식 프로세스의 pid), 자식 프로세스는 0.

exec() 시스템 콜

• 프로세스는 exec() 시스템 콜을 통해 자식 프로세스에 새로운 프로그램을 실행시킬 수 있다.

  int main()
  {
    int pid;
    pid = fork();
    if (pid == 0) /*child*/
    {
      printf("\n Hello, I am child! Now I'll run date \n");
      execlp("/bin/date", "/bin/date", (char *) 0); /*execlp()는 exec()을 호출한다*/
    }
    else if (pid > 0) /*parent*/
      printf("\n Hello, I am parent! \n");
  }
  

  • execlp("프로그램 이름", "프로그램 이름", "프로그램에 전달할 인자1", "프로그램에 전달할 인자2", "...", "null 포인터");
    • 자식이 인자로 주어진 프로그램으로 새로 덮어 씌워지고, 새로운 프로그램의 처음부터 실행된다.

• exec()은 자기 자신을 새로운 프로그램으로 덮어 씌우는데도 사용할 수 있다.

  int main()
  {
    printf("1");
    execlp("echo", "echo", "3", (char *) 0);
    printf("2");
  }
  

  • fork()의 수행 없이, execlp()를 만나면 새로운 프로그램으로 덮어 씌워진다.
  • 1이 화면에 출력되고, echo 프로그램(명령어)으로 덮어 씌워져서 3이 화면에 종료되고 프로세스가 종료된다.

  • 2는 출력이 안 된다.

    • echo는 뒤에 나오는 인자를 화면에 그대로 출력해준다.

wait() 시스템 콜

• 프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하려면
  • 커널은 Child가 종료될 때까지 프로세스 A를 Sleep시킨다. 👉 Block 상태
  • Child Process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다. 👉 Ready 상태

  

exit() 시스템 콜

• 프로세스의 종료
  • 자발적 종료
    • 마지막 Statement 수행 후, 명시적으로 exit() 시스템 콜을 통해 종료.
      • 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어준다.
  • 비자발적 종료
    • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료하는 경우.
      • 자식 프로세스가 한계치는 넘어서는 자원 요청 시.
      • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않을 시.
    • 키보드로 kill, break 등을 친 경우.
    • 💡 부모가 종료하는 경우 부모 프로세스가 종료되기 전에 자식들이 먼저 종료된다.

프로세스 간 협력

• 독립적 프로세스(Independent Process)
  • 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로, 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못한다.
• 협력 프로세스(Cooperating Process)
  • 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있다.

• 프로세스 간 협력 메커니즘(IPC: Interprocess Communication)

  

  • 메시지를 전달하는 방법
    • Message Passing
      • 커널을 통해 전달
      • Message System
        • 프로세스 사이에 공유 변수(Shared Variable)을 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템
      1. Direct Communication
         • 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
           
      2. Indirect Communication
         • Mailbox(또는 Port)를 통해 메시지를 간접 전달(메시지를 주고 받을 프로세스를 명시하지 않는다).
           
  • 주소 공간을 공유하는 방법
    • Shared Memory
      • 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하는 Shared Memory 메커니즘이 있다.
    • cf) Thread 간 협력
      • Thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만, 동일한 Process를 구성하는 Thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능하다.

출처

• KOCW | 운영체제(2014-1) | 이화여대 | 반효경