8. Process Management 2

이화여자대학교 반효경 교수님의 운영체제 강의 9강을 듣고 정리한 내용이다.

 

fork() 시스템 콜

A Process is created by the fork() system call, creates a new address space that is a duplicate of the caller.

int main() {
    int pid;
    pid = fork();
    if (pid == 0) /* this is child */
    	printf("\n Hello, I am child!\n");
    else if (pid > 0) /* this is child */
    	printf("\n Hello, I am parent!\n");
}

• fork의 결과값이 다르기 때문에, 자식과 부모 프로세스에게 각각 다른 일을 시킬 수 있음

---

exec() 시스템 콜

A process can execute a different program by the exec() system call, replaces the memory image of the caller with a new program.

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

---

wait() 시스템 콜

• 프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면
  • 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep시킴 (block 상태)
  • Child Process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨움 (ready 상태)
  
• 즉, 자식이 종료될 때까지 기다리는 시스템 콜

---

exit() 시스템 콜

• 프로세스의 종료
  • 자발적 종료
    • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해서
    • 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
  • 비자발적 종료
    • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
      • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청
      • 자식에게 할당된 태스트가 더 이상 필요하지 않음
    • 키보드로 kill, break 등을 친 경우
    • 부모가 종료하는 경우
      • 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨

---

프로세스와 관련한 시스템 콜

• fork() - create a child(copy)
• exec() - overlay new image
• wait() - sleep until child is done
• exit() - frees all the resources, notify parent

---

프로세스 간 협력

• 독립적 프로세스(Independent process) - 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함
• 협력 프로세스(Cooperating process) - 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음
• 프로세스 간 협력 메커니즘(IPC: Interprocess Communication)
  • 메시지를 전달하는 방법
    • message passing - 커널을 통해 메시지 전달
  • 주소 공간을 공유하는 방법
    • shared memory - 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음
  • thread - thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만, 동일한 process를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

---

Message Passing

• 운영체제의 커널을 통해 가능
  • Message system - 프로세스 사이에 공유 변수(shared variable)를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템
• 메시지를 받아볼 프로세스의 이름을 명시하느냐, 명시하지 않느냐에 따라 direct/indirect communication으로 나눌 수 있음
  • Direct Communication - 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
  
  • Indirect Communication - mailbox(또는 port)를 통해 메시지를 간접 전달
  

---

 Interprocess Communication

• shared memory를 사용하려면 두 프로세스는 서로를 굉장히 신뢰해야만 하는 관계여야 함

---

CPU and I/O Bursts in Program Execution

• I/O는 대부분 오래 걸리는 작업
• CPU만 연속적으로 사용하는 단계(CPU burst)와 I/O를 하는 단계(I/O burst)가 번갈아가면서 반복 실행
• 단, 프로그램의 종류에 따라 CPU burst와 I/O burst가 빈번하게 있는 경우나, 두 버스트가 적당하게 반복되는 경우 등이 있음

---

CPU-burst Time의 분포

• 여로 종류의 job(=process)이 섞여 있기 때문에 CPU 스케쥴링이 필요
• Interactive job에게 적절한 response 제공 요망
• CPU와 I/O 장치 등 시스템 자원을 골고루 효율적으로 사용

---

프로세스의 특성 분류

프로세스는 그 특성에 따라 다음 두 가지로 나눔

• I/O-bound process
  • CPU를 잡고 계산하는 시간보다 I/O에 많은 시간이 필요한 job
  • (many short CPU bursts)
  • 주로 사람과 interaction하는 job으로, I/O가 많이 끼어듦
• CPU-bound process
  • 계산 위주의 job
  • (few very long CPU bursts)

---

CPU Scheduler & Dispatcher

• CPU Scheduler - Ready 상태의 프로세스 중에서 이번에 CPU를 줄 프로세스를 고름
• Dispatcher - CPU의 제어권을 CPU scheduler에 의해 선택된 프로세스에게 넘기며, 이 과정을 context switch(문맥 교환)이라 함
• CPU 스케쥴링이 필요한 경우에는 프로세스에게 다음과 같은 상태 변화가 있는 경우임
  1. Running → Blocked (ex. I/O 요청하는 시스템 콜)
  2. Running → Ready (ex. 할당시간만료로 timer interrupt)
  3. Blocked → Ready (ex. I/O 완료 후 인터럽트)
  4.  Terminate
• 위 1, 4에서의 스케쥴링은 nonpreemptive(=강제로 빼앗지 않고 자진 반납)
• All other scheduling is preemptive(=강제로 뺴앗음)