01. 프로세스

 

 

👀 프로세스란?  

프로세스는  프로그램이 실행시킬 때, 보조기억장치에 저장된 프로그램을 메모리로 적재하고 실행을 시키는데, 그 과정을 '프로세스 생성' 이라고 하며 해당하는 프로그램을 프로세스라고 한다.

사용자는 컴퓨터를 실행하는 순간부터 다양한 프로그램을 이용하면서까지 여러가지 프로세스를 실행시키게 되는데,  사용자가 보는 앞에서(직접 실행 중인) 실행되는 프로세스는 포그라운드 프로세스(forground process) 라고 하고, 사용자가 보지 않는 상태에서 자동으로 실행 중인 프로세스를 백그라운드 프로세스(background process)라고 한다.

 

 

🧩 프로세스 제어 블록(PCB) 

프로세스의 실행을 위해선 CPU를 필요로 하는데, CPU는 한정된 용량을 가지고 있기 때문에 모든 프로세스를 동시에 수용할 수 없다. 그렇기 때문에 이 프로세스들은 순서대로 실행이 되고, 한정된 시간(인터럽트)을 가지게 되는데 이 한정된 시간이 끝나게 되면 다음 차례가 올 때까지 제일 뒤로 이동하게 되는 구조(FIFO)를 가진다.

여기에서 운영체제는 프로세스의 실행 순서를 관리하고, 프로세스에 CPU를 비롯한 자원을 배분하는 역할을 한다. 여기에서 이용하는 것이 프로세스 제어 블록(PCB : Process Control Block) 이고, PCB에는 해당 프로세스를 식별하기 위해 필요한 정보들이 저장되며 커널 영역에 생성된다.

PCB의 생성 시점은 프로세스 생성 시점이며, 프로세스의 실행이 종료되는 시점에 폐기된다.

PCB에 들어가는 값은 다음과 같다

-  PID(Process ID) : 프로세스를 식별하기 위해 부여되는 고유번호. 중복되는 프로그램을 실행하더라도 두번 실행될 경우 두개의 프로세스 생성

- 레지스터 값 : 자신의 실행 차례일 때, 작업 내용을 이어서 실행하기 위해 이전까지 사용했던 레지스터의 중간값을 복원한다.  

- 프로세스 상태 : 현재 프로세스가 어떤 상태인지 상태 정보를 저장한다.

- CPU 스케줄링 정보 : 프로세스가 언제, 어떤 순서로 CPU를 할당받는지 index에 대한 정보

- 메모리 관련 정보 : 프로세스마다 메모리에 저장된 위치(주소값)이 다르기 때문에, 어느 주소값에 저장되어있는지에 대한 정보가 들어간다. 

- 사용한 파일과 입출력장치 목록 : 프로세스가 실행 과정에서 특정 입출력장치 또는 파일 등을 사용하면, PCB에 해당 내용이 명시된다.

 

 

👍 문맥 교환

문맥(context)은 프로세스 수행을 재개하기 위해 기억해야 할 정보를 뜻한다. 예를 들어 프로그램 카운터, 레지스터의 값이나 메모리 정보, 각종 PCB에 들어가는 정보들이다. 프로세스가 실행 시간이 다 되어 그 순서가 끝나거나 예기치 못한 상황에 종료되어 인터럽트 발생 시 운영체제에서 해당 프로세스의 PCB에 context를 백업한다. 그 프로세스가 제일 뒤로 옮겨가고 제일 앞에 있는 다음 프로세스를 실행할 때 안에 들어있는 실행 프로세스의 문맥을 불러온다.

이와 같이 기존에 실행했던 프로세스의 문맥을 PCB에 백업하고, 새로운 프로세스를 실행하며 PCB에서 문맥 정보를 복구하며 실행하는 것을 문맥 교환(context switching)이라고 한다. 

 

 

💡프로세스의 메모리 

커널 영역에 PCB가 생성되는 것과 같이, 사용자 영역 내 코드 영역, 데이터 영역, 힙 영역, 스택 영역으로 나뉘어서 저장된다.

- 코드 영역(code segment/text segment) - 정적 할당 영역

　실행할 수 있는 명령어(코드)가 저장된다. 데이터가 저장되는 게 아닌 CPU가 실행할 명령어들이 저장되어 있기 때문에 read-only로 지정된다.

- 데이터 영역(data segment) - 정적 할당 영역

　프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터(전역 변수 등)이 저장되는 공간

- 힙 영역(heap segment) - 동적 할당 영역

　프로그램을 만드는 사용자가 직접 할당할 수 있는 저장 공간이다. 해당 공간을 할당했다면 그것을 계속 할당하는 것이 아닌 공간에 대한 반환이 이루어져야 한다. 이루어지지 않는다면 할당 공간은 메모리 낭비를 초래하여 memory leak을 발생시킨다. 메모리의 낮은 주소에서 높은 주소로 할당된다.- 스택 영역(stack segment) - 동적 할당 영역　일시적으로 사용할 데이터를 저장하는 공간이다. 대표적으로는 매개 변수와 지역 변수가 존재한다. 스택에 데이터를 push하고 사용이 끝난 뒤 필요하지 않은 데이터를 pop한다. (control + z 후에 control + v) 메모리의 높은 주소에서 낮은 주소로 할당된다.