[운영체제] 운영체제의 구성, 프로세스, 쓰레드

 

<운영체제의 구성>

1. 프로세스 관리자

 - 프로세스 생성/삭제, CPU 할당을 위한 스케줄 결정

 - 프로세스의 상태를 관리하며 상태 전이를 처리 

2. 메모리 관리자

 - 메모리(주기억장치) 공간에 대한 요구의 유효성 체크

 - 메모리 할당 및 회수

 - 메모리 공간 보호 

3. 장치 관리자

 -  컴퓨터 시스템의 모든 장치를 관리 

 - 시스템의 장치를 할당, 작동 시작, 반환 

4. 파일 관리자 

 - 컴퓨터 시스템의 모든 파일을 관리

 - 파일의 접근 제한 관리

 - 파일을 열어 자원을 할당하거나 파일을 닫아 자원을 회수 

 

<프로세스> 

1. 프로세스

 1) 프로세스(process) : 실행 중인 프로그램

   - 프로그램 : 동작하지 않는 정적·수동적 개체 

   - 프로세스 : 동작을 하는 능동적 개체 

 2) 운영체제로부터 자원을 할당받아 동작

   - 자원 : CPU, 메모리, 입출력장치, 파일 등

   - 동작 : CPU가 프로세스의 명령을 실행

 3) 사용자 및 시스템 프로세스 존재  

 4) 프로세스 관리자의 역할

   - 프로세스를 생성 및 삭제 

   - 프로세스 실행(CPU 할당)을 위한 스케줄 결정

   - 프로세스의 상태를 관리하며 상태 전이를 처리 

 

2. 프로세스의 상태 변화 

 - 생성(new) : 처음 작업이 시스템에 주어진 상태

 - 준비(ready) : 실행 준비가 되어 CPU 할당을 기다리는 상태

 - 실행(runninig) : 프로세스가 처리되는 상태 

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

 - 종료(terminated) : 모든 처리가 완료되어 사용자에게 반환되는 상태 

 

3. 프로세스 제어 블록 (PCB, Process Control Block) 

 - 운영체제는 프로세스 관리를 위해, 각 프로세스마다 프로세스 제어 블록(PCB))를 두고서 여기에 해당 프로세스의 정보를 보관한다. 

 - 프로세스 제어 블록의 내용은 프로세스가 진행함에 따라 변경도 되고, 프로세스가 종료되면 이 제어블록도 없어지게 된다. 

 - 프로세스 관리를 위한 목적 

 - 프로세스의 정보를 보관

 - 각 프로세스마다 존재

 - 프로세스가 진행함에 따라 내용 변경 

PCB 예시. 출처 : https://www.youtube.com/watch?v=4s2MKuVYKV8

 

<쓰레드>

 

1. 프로세스와 쓰레드 

 1) 전통적인 프로세스 

  - 처리의 기본 단위

  - 자원 소유의 단위(하나의 주소공간) 및 디스패칭의 단위(하나의 제어흐름)

  - 단일 프로세스 내에서 동싳어리 불가능 --> 쓰레드 등장!

 2) 쓰레드(Thread)

  - 프로세스 내에서 다중처리를 위해 제안된 개념 

 - 하나의 프로세스 내에는 하나 이상의 쓰레드가 존재 

 - 하나의 쓰레드 내에서는 하나의 실행점만 존재 (디스패칭의 단위)

 - 실행에 필요한 최소한의 정보만을 가지며, 자신이 속해 있는 프로세스의 실행 환경을 공유 

 

2. 쓰레드

 1) 다중 쓰레드의 장점

 - 멀티CPU 혹은 멀티코어 시스템에서는 병렬처리 가능

 - 처리 속도별로 쓰레드가 나눠진 경우 효율적인 처리 가능

 

<스케줄링>

1. 스케줄링이란?

 - 스케줄링 : 여러 가지 작업들의 처리 순서를 결정하는 것

  ==> 이번 장에서 배우는 스케줄링은, 주어진 프로세스들이 여러 개인 경우 어떤 순서대로 CPU를 얼마 동안 배정하여 프로세스를 처리할지를 결정하는 스케줄링. 

 

2. 스케줄링의 단계(level) 

1) 상위단계

 - 시스템에 들어오는 작업들을 선택하여 프로세스를 생성한 후, 프로세스 준비 큐에 전달

 - 선택 기준 : 시스템의 자원을 효율적으로 이용할 수 있또록 하는 것 

 - 입출력(I/O) 중심 작업과 연산 중심 작업을 균형 있게 선택  

2) 하위단계

 - 사용 가능한 CPU를 준비상태의 어느 프로세스에게 배당할지를 결정 

 - CPU를 배당받은 프로세스는 결국 실행상태가 되어 프로세스가 처리됨 

 - 수행주체 : 디스패처(dispatcher) 

3) 중간단계

 - 프로세스를 일시적으로 메모리에서 제거하여 중지시키거나 다시 활성화시킴 

 - 시스템에 대한 단기적인 부하를 조절 

scheduling level - 출처 : https://slideplayer.com/slide/4825788/

 

3. 스케줄링 정책 

 1) 스케줄링의 기본 목표 

  - 공정성 : 모든 프로세스가 적정 수준에서 CPU 작업을 할 수 있게 함

  - 균형 : 시스템의 자원들이 충분히 활용될 수 있게 함 

 2) 선점(Preemptive) 스케줄링 정책 

  - 진행 중인 프로세스에 인터럽트를 걸고 다른 프로세스에 CPU를 할당하는 스케줄링 전략

  - 높은 우선순위의 프로세스를 긴급하게 처리하는 경우에 유용

  - 대화식 시분할 시스템에서 빠르 응답시간을 유지하는데 유용 

  - 문맥 교환에 따른 오버헤드 발생 

 ※ 문맥 : CPU의 모든 레지스터와 기타 운영체제에 따라 요구되는 프로세스의 상태 

 3) 비선점(Nonpreemptive) 스케줄링 정책

  - 프로세스가 CPU를 할당받아 실행이 시작되면 작업 자체가 I/O 인터럽트를 걸거나 작업을 종료할 떄까지 실행상태에 있게 됨

  - 모든 프로세스가 공정하게 순서에 따라 실행됨 → 응답시간 예측 가능

  - 짧은 프로세스가 긴 프로세스를 기다리게 될 수 있음