프로세스란?
Intro
프로세스란, 실행 중인 프로그램을 의미한다. 프로그램이 실행되는 과정은 이 글을 참고할 수 있다. Binary 형태의 프로그램이 메모리에 적재되면 이를 프로세스라 한다.
또한 역사적 의미의 Job을 현대 컴퓨터 시스템에서는 프로세스라고 하며, 이는 최소 실행 단위를 뜻한다.
시스템도 프로세스의 모음으로 이루어져 있으며, OS process는 시스템의 코드를 실행하고, user process는 사용자의 코드를 실행한다.
프로세스의 등장
초기 컴퓨터는 한 번에 하나의 프로그램만을 실행할 수 있었고, 하나의 프로그램이 시스템 자원을 독점할 수 있었다. 하지만 컴퓨터가 발전하면서 여러 프로그램이 동시에 메모리에 적재되어 실행할 수 있게 되었고, 이에 따라 더욱 더 견고한 제어와 구획화가 필요했다.
이때 등장한 것이 바로 프로세스다. 프로세스는 실행 중인 프로그램을 의미하며, 프로그램의 코드와 프로그램이 실행되기 위해 필요한 자원들을 포함한다.
Memory layout
프로세스가 어떻게 메모리를 구성하고 활용하는지 살펴보자. 프로세스의 메모리 영역은 4가지로 나뉜다.
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Text section
- 프로그램의 실행 코드가 위치한다.
- 크기는 고정되어 있으며, 실행 중 변하지 않는다.
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Data section
- 전역 변수가 위치한다.
- Text와 마찬가지로 크기가 고정이다.
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Heap section
- 동적 메모리 할당되는 영역이다.
- 동적 메모리 할당/해제 시 크기가 커지거나 줄어들 수 있다.
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Stack section
- 함수, 지역변수, 리턴 값 등 임시적인 데이터가 위치한다.
- 함수 호출, 지역 변수, 리턴 값 등이 사용될 때 크기가 커지거나 줄어들 수 있다.
Text와 Data는 고정 크기인 반면 Stack과 Heap은 동적이다. 따라서 Stack이나 Heap이 커지더라도, OS는 두 영역이 서로 침범하지 않도록 보장해야 한다.
아래는 C언어로 작성된 프로그램의 메모리 구조를 나타낸다.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int global_var; // Data 영역에 저장
int global_initialized_var = 5; // Data 영역에 저장
int main(int argc, char *argv[]) {
int *values; // Stack 영역에 저장
int i; // Stack 영역에 저장
values = (int *) malloc(sizeof(int) * argc); // Heap 영역에 저장
for (i = 0; i < argc; i++) {
values[i] = i;
}
return 0;
}
두 개의 프로세스가 하나의 프로그램을 실행하는 경우
하나의 프로그램을 이용해 여러 개의 프로세스가 생성될 수 있으며, 각각 독립적인 실행 시퀀스를 갖는다. 또 프로세스는 그 자체로 다른 프로세스의 실행 환경의 역할을 한다.
크롬 브라우저를 여러 개 여는 경우도 하나의 프로그램으로 여러 개의 프로세스를 생성하는 것이다.
Process state
프로세스가 실행되면 프로세스는 다음과 같은 상태를 가진다.
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new
- 프로세스가 생성된 상태
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ready
- 프로세스가 프로세서에 할당되기 위해 기다리는 상태
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running
- 실행되는 상태
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waiting
- 프로세스가 어떤 이벤트를 기다리는 상태 (I/O 등)
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terminated
- 프로세스가 실행을 마친 상태
Process Control Block (PCB)
각 프로세스는 Process control block(PCB)로 표현되며, 프로세스마다 PCB를 갖고있다. PCB는 다음과 같은 정보를 포함한다.
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Process state
- new, ready, running 등의 상태를 나타낸다.
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Program counter
- 프로세스가 다음에 실행할 명령어의 주소를 저장한다.
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CPU registers
- 프로세스가 실행되는 동안 CPU 레지스터에 저장되는 값들을 저장한다. interrupt 발생 후 rescheduled 될 때 계속해서 사용된다.
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CPU scheduling information
- 프로세스 우선순위, 스케줄링 큐에 대한 포인터, 다른 스케줄링 매개변수 등을 저장한다.
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Memory management information
- 최소, 최대 레지스터, 페이지 테이블 세그먼트 테이블 등의 값을 저장한다.
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I/O status information
- 할당된 I/O 장치 목록, 열린 파일 목록 등의 정보를 저장한다.
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Accounting information
- CPU 사용시간과 제한 사용시간, 프로세스 번호 등의 정보를 저장한다.
Linux에서는 PCB를 task_struct라는 구조체로 표현한다.
