02. 프로세스 상태와 계층 구조

 

🔁 프로세스 상태

이전 포스팅에서 프로세스는 번갈아가면서 실행이 된다고 했는데, 실행되는 과정에서 여러 상태를 거치며 실행이 된다. 운영체제는 이와 같은 것을 PCB를 통해 인식하고 관리하게 되며 대표적인 상태는 아래와 같다.

1. 생성 상태(new)

- 프로세스를 생성 중인 상태로,  이제 막 메모리에 적제되어 PCB를 할당받은 상태를 뜻한다. 실행 준비가 완료된 프로세스는 바로 실행이 되는 것이 아니라, 준비 상태가 되어 CPU의 할당을 순차적으로 기다리게 된다.

2. 준비 상태(ready) 

- 생성이 끝난 프로세스는 바로 실행이 가능하지만, 순차 실행이 되는 특성 상 기다리는 대기 상태가 발생한다. 이와 같이 실행을 기다리고 있는 상태를 지칭하며, 차례가 되어 CPU를 할당받고 실행 상태가 되는 것을 dispatch 라고 한다.

3. 실행 상태(running)

- CPU를 할당 받아 실행 중인 상태이다. 실행 중인 프로세스는 할당 시간동안 cpu를 사용할 수 있으며, 할당 시간을 전부 사용하게 되어 타이머 인터럽트 발생 시 다시 준비 상태로 돌아간다. 이때, 실행 도중 입출력 장치를 사용하여 해당 작업이 끝날 때까지 기다리는 상황이 발생 시 대기 상태가 된다.

4. 대기 상태(blocked)

- 입출력 장치를 사용하는 경우 해당 장치는 CPU의 처리 속도보다 느리기 때문에, 입출력 장치가 해당 작업을 끝내는 완료 인터럽트를 반환하기 때까지 기다리는 상황이 발생한다. 이와 같은 상태에서 입출력 작업이 완료되면, 해당 프로세스는 다시 준비 상태로 들어가 할당을 기다린다.

5. 종료 상태(terminated)

- 프로세스가 종료된 상태로, 프로세스가 종료될 경우 운영체제는 PCB와 프로세스가 사용한 메모리를 정리한다.

 

 

🚩 프로세스 계층 구조

프로세스는 실행 도중에 시스템 호출을 통하여 다른 프로세스를 생성할 수 있다. 이와 같이 기존 프로세스가 새 프로세스를 생성했을 때, 기존 프로세스를 부모 프로세스(parent process), 생성된 프로세스를 자식 프로세스(child process) 라고 한다.프로세스는 생성될 때마다 새로운 PID를 가지기 때문에 당연히 부모 프로세스에서 생성된 자식 프로세스더라도 새로운 PID가 부여되는데, 일부 운영체제에서는 부모 프로세스의 PID인 PPID(parent PID)가 기록되기도 한다. 이와 같이 운영체제에서는 프로세스가 프로세스를 생성하는 계층적인 구조로 관리가 되는데, 예를 들어 컴퓨터가 부팅이 될 때 실행되는 최초의 프로세스가 자식 프로세스들을 생성하고, 그 자식 프로세스들이 새로운 프로세스를 생성하는 방식으로 여러 프로세스를 동시에 실행한다. 이와 같이 트리 구조로 뻗어나가는 것을 프로세스 계층 구조라고 한다.

 

 

✨ 프로세스 생성 기법

부모 프로세스가 자식 프로세스를 만들어 낼 때, 부모 프로세스는 fork를 통해 자신의 복사본을 자식 프로세스로 생성하며 만들어진 복사본은 exec를 통해 자신의 메모리 공간을 다른 프로그램으로 교체한다. fork 시스템을 호출하여 자신의 복사본 즉 부모 프로세스의 자원(메모리의 내용, 열린 파일의 목록 등등) 을 상속받고,  이와 같이 복사본으로 만들어진 자식 프로세스는 exec라는 시스템 호출을 하며 자신의 메모리 공간을 새로운 프로그램을 덮어씌운다. 즉, 코드 영역과 데이터 영역의 내용이 실행할 새로운 프로그램의 내용으로 변경되고, 힙과 스택 영역은  초기화된다. 자식 프로세스를 fork한 뒤에 반드시 exec를 호출하지 않을 수도 있는데, 이와 같은 경우 부모와 자식 프로세스는 같은 코드를 병행하여 실행한다.