프로세스 생성, 종료하기
Intro
메모리에서 실행되고 있는 프로세스는 실행 중 새로운 프로세스를 생성하기도 한다. 이때 생성하는 프로세스는 부모 프로세스, 생성되는 프로세스는 자식 프로세스라 불린다. 자식 프로세스 또한 자식 프로세스를 생성할 수 있으며, 트리 형태로 구성된다.
Process identifier (PID)
대부분의 OS에서, 프로세스를 pid로 식별한다. pid는 정수이고, 고유한 값이다. 커널에서 프로세스의 속성에 접근하기 위한 index로 사용된다.
UNIX와 Linux 시스템에서는 ps 명령어를 통해 현재 실행 중인 프로세스 목록을 확인할 수 있다.
$ ps
혹은
$ ps -el
systemd로 표시되는 시스템 데몬은 시스템이 시동되는 동안 커널이 컴퓨터를 설정하기 위해 실행하는 첫 번째 사용자 프로세스이다. 이 프로세스는 pid = 1을 갖는다. 모든 프로세스는 부모 프로세스를 갖는데, systemd가 그 뿌리가 된다.
macOS에서 pid 1은 launchd라는 프로세스이다.
Process creation
자원 공유
자식 프로세스는 때때로 자원을 필요로 한다. CPU 시간, 메모리, 파일, I/O 장치 등의 자원을 할당받기 위해 OS로부터 직접 자원을 할당 받거나, 부모 프로세스 자원의 부분집합으로 사용이 제한된다.
한 프로세스가 너무 많은 자식 프로세스를 생성하여 시스템을 과부화 시키는 것을 막기 위해 부모 자식 간 자원을 분할하여 사용하도록 한다.
데이터 공유
부모가 자식 프로세스에게 초기화 데이터를 전달하거나, OS가 자식 프로세스에게 데이터를 전달한다.
실행
부모 프로세스와 자식 프로세스는 병렬적으로 실행된다. 다만 부모 프로세스는 자식 프로세스가 종료되기 전까지 대기한다.
또 자식은 부모 프로세스의 메모리를 복제하여 자식과 부모 모두 동일한 프로그램과 데이터를 가진다. 이는 프로세스 메모리 레이아웃의 Text와 Data 영역을 의미한다.
아래 코드는 UNIX-like OS에서 자식 프로세스를 생성하는 코드이다. pid가 0이면 자식 프로세스를 의미하고, pid가 0이 아니면 부모 프로세스를 의미한다.
자식 프로세스는 fork() 함수를 호출하여 생성하고, 부모 프로세스는 wait() 함수를 호출하여 자식 프로세스가 종료될 때까지 wait 큐에서 대기한다.
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
pid_t pid;
int status;
pid = fork();
if (pid < 0) {
fprintf(stderr, "Fork Failed");
return 1;
} else if (pid == 0) {
execlp("/bin/ls", "ls", NULL);
exit(1);
} else {
wait(&status);
if (WIFEXITED(status)) {
printf("Child Complete with exit status: %d\n", WEXITSTATUS(status));
} else {
printf("Child process didn't exit normally.\n");
}
}
return 0;
}
자식 프로세스가 실행하는 코드에서 execlp("/bin/ls", "ls", NULL)는 자식 자신을 포함하는 프로그램의 메모리 이미지를 파괴하고, 새로운 프로그램을 메모리에 적재한다. 이 경우에는 자식이 자신의 주소 공간에 /bin/ls 프로그램을 적재한다.
Process termination
-
실행을 모두 마친 후 스스로 종료
- 자식 프로세스는 마지막 문장을 실행하여 종료하고,
exit()system call로 OS에 자신을 삭제 요청한다. - 이때
wait()system call 후 대기 중이던 부모 프로세스에게 상태 값이 반환된다.
- 자식 프로세스는 마지막 문장을 실행하여 종료하고,
-
부모에 의한 종료
- 부모 프로세스가 자식 프로세스를 종료시키는 경우도 있다.
- system call로 자식 프로세스를 종료시키며, 이때 부모는 어떤 프로세스를 종료시킬지 pid를 알고 있어야 한다.
-
사용자에 의한 종료
- 사용자는 오작동하는 어플리케이션을 kill 할 수 있다.
부모에 의해 프로세스가 종료되는 이유는 다음과 같다.
- 자식에게 할당된 자원을 초과 사용하는 경우
- 자식에게 할당된 task가 더 이상 필요하지 않은 경우
- 부모가 종료되고, OS에서 자식 프로세스의 실행을 허용하지 않는 경우
- 자식의 자식까지 모두 종료된다.
또한 자식은 종료될 때 exit() system call의 인자로 상태 값을 반환해, 종료되는 이유 혹은 상황을 부모에게 알릴 수 있다.
이때 OS는 자식에게 할당된 자원을 회수하지만, process table entry는 남겨둔다. 부모가 자식의 상태 값을 확인해야 하기 때문이다. (process table은 PCB의 배열이다.)
이후 부모가 wait() system call을 호출하면, 자식의 상태 값을 확인할 수 있고, 이때 process table에 있는 자식의 PCB가 삭제된다.
Zombie process
종료되었지만 부모가 아직 wait() system call을 하지 않아서 process table에 남아있는 프로세스를 zombie process라 한다.
Orphan process
종료된 자식 프로세스에 대해 wait()을 호출하지 않고 본인의 실행을 종료하면 자식 프로세스는 orphan process가 된다.
이 경우 OS마다 다르지만 UNIX 기반 OS에서는 init을, Linux에서는 systemd를 부모로 갖고, 이 프로세스가 주기적으로 wait() system call을 한다.
