[스터디][운영체제] Chapter 03. 프로세스와 스레드

01. 프로그램과 프로세스

프로그램은 저장장치에 저장되어 있는 정적인 상태이고, 프로세스는 실행을 위해 메모리에 올라온 동적인 상태이다.

 

02. 프로세스의 상태

(1)생성상태 : 프로그램을 메모리에 가져와 실행 준비가 완료된 상태이다.

(2)준비상태 : 실행을 기다리는 모든 프로세스가 자기 차례를 기다리는 상태이다. 실행될 프로세스를 CPU 스케줄러가 선택한다.

(3)실행상태 : 선택된 프로세스가 타임 슬라이스를 얻어 CPU를 사용하는 상태이다. 프로세스 사이의 문맥교환이 일어난다.

(4) 대기상태 : 실행상태에 있는 프로세스가 입출력을 요청하면 입출력이 완료될떄까지 기다리는 상태이다. 입출력이 완료되면 준비 상태로 간다.

(5) 완료상태 : 프로세스가 종료된 상태이다. 사용하던 모든 데이터가 정리된다. 정상 종료인 exit와 비정상 종료인 abort를 포함한다.

 

03. 프로세스 제어블록

프로세스를 실행하는데 필요한 중요한 정보를 보관하는 자료구조로, 모든 프로세스는 고유의 프로세스 제어블록을 가진다. 프로세스 제어블록은 프로세스 생성 시 만들어져서 프로세스가 실행을 완료하면 폐기된다.

 

04. 문맥교환

두 프로세스의 프로세스 제어 블록 및 이와 관련된 값들을 교환하는 작업을 말한다. 일반적으로 문맥교환은 한 프로세스가 자신에게 주어진 시간을 다 사용하면 발생하고, 인터럽트가 걸렸을때도 발생한다.

 

05. 프로세스 복사와 전환

fork() 시스템 호출 : 실행중인 프로세스로부터 새로운 프로세스를 복사하는 함수이다.

exec() 시스템 호출 : 기존의 프로세스를 새로운 프로세스로 전환하는 함수이다.

 

06. 프로세스의 계층 구조

부모 프로세스를 복사하여 자식 프로세스를 만드는 방법으로 프로세스끼리 계층 구조를 갖는 것을 말한다. 부모 프로세스는 자식의 자원을 자식 프로세스에 상속하고 자식 프로세스가 종료되면 그 자원을 회수한다.

 

07. 스레드

CPU 스케줄러가 CPU에 전달하는 일 하나를 스레드라고 하며, 하나의 프로세스에는 여러개의 스레드가 존재하기도 한다.

 

08. 스레드 관련 용어

(1) 멀티스레드 : 멀티스레드는 프로세스 내 작업을 여러개의 스레드로 분할함으로써 작업의 부담을 줄이는 프로세스 운영 기법이다.

(2) 멀티태스킹 : 운영체제가 CPU에 작업을 줄떄 시간을 잘게 나누어 배분하는 기법이다.

(3) 멀티프로세싱 : CPU를 여러개 사용하여 여러개의 스레드를 동시에 처리하는 작업 환경을 말한다.

(4) CPU 멀티스레드 : 한번에 하나씩 처리해야하는 스레드를 파이프라인 기법을 이용하여 동시에 여러 스레드를 처리하도록 만든 병렬처리 기법이다.

 

09. 멀티스레드의 장점

(1) 응답성 형상 : 한스레드가 입출력으로 인해 작업이 진행되지 않더라도 다른 스레드가 작업을 계속하여 사용자의 작업 요구에 빨리 응답할 수 있다.

(2) 자원공유 : 한 프로세스 내에서 독립적인 스레드를 생성하면 프로세스가 가진 자원을 모든 스레드가 공유하게 되어 작업을 원활하게 진행할 수 있다.

(3) 효율성 향상 : 불필요한 자원의 중복을 막음으로써 시스템의 효율이 향상된다.

(4) 다중 CPU 지원 : 2개 이상의 CPU를 가진 컴퓨터에서 멀티스레드를 사용하면 다중 CPU가 멀티스레드를 동시에 처리하여 CPU 사용량이 증가하고 프로세스의 처리 시간이 단축 된다.

 

10. 멀티스레드 모델

(1) 사용자 스레드 : 사용자 레벨에서 관련 라이브러리를 사용하여 구현하며, 라이브러리는 커널이 지원하는 스케줄링이나 동기화 같은 기능을 대신 구현해준다.

(2) 커널 스레드 :커널이 멀티스레드를 지원하는 방식이다.

(3) 멀티레벨 스레드 : 사용자 스레드와 커널 스레드를 혼합한 방식으로 하이브리드 스레드라고도 한다.