Process

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Program vs Process

Program : 기계어 instructions + 디스크의 static data의 집합

컴파일된 exe파일
기계어 instruction : cpu가 이해하는 언어
static data : 컴파일 될 때 해당 메모리 영역이 유지되며, 변경된 값이 유지되고, 어디서든 접근 가능 ex) global, static

exe파일이 여러번 실행 >> process 여러개 생성

Process : 실행되고 있는 프로그램

메모리 : instructions (메모리에 적재 - code) & data (프로그램 실행에 따라 변경됨)
레지스터 : program counter (cpu가 실행해야하는 인스트럭션 위치를 가리키는 레지스터 ) & stack pointer 등
오픈한 파일의 list와 상태정보 등

Virtualization of the CPU

Q. How can we provide the illusion? 어떻게 cpu가 여러개의 프로그램을 실행하는 것처럼 환상을 제공하는가?

A. time sharing을 통해 제공

Time sharing

(cpu virtualization을 위한 방법)

CPU가 몇개 있는지와 관계 없이 process를 실행시킬 수 있다. → illusion 제공 (가진 cpu < 프로세스 인 경우에도)
Potential cost : 모든 프로세스의 성능이 유지될 수 있을 것인가?
context switch & scheduling policy에 따라 구현됨

context switch - overhead가 존재함

scheduling policy - 운영체제 정책에 따라 cpu 스케줄링이 어떻게 일어날 것인지 결정됨

Process State

Running : cpu 자원을 할당받아 프로세스가 실행되고 있는 상태 - 한 개의 process만 run 상태일 수 있음
Ready : 기다리는 상태 - queue로 이루어져있어, 여러개의 process가 ready 상태일 수 있음
Blocked (Waiting) : cpu를 할당받아도 아무것도 안하는 상태 (데이터의 입력을 기다리는 등) / 프로세스가 cpu를 할당받아도 작동할 준비가 되어있지 않음
ex) wait sytem call : 어느 프로세스가 끝날지 기다려야하므로 cpu를 할당받아도 아무것도 하지 않음

Scheduling Queues

OS 는 세가지 종류의 queue를 다룸

Run queue
Ready queue - 다음에 실행할 프로세스를 효과적으로 찾아야함
Watiting queue

CPU : 상태마다 queue를 만들어서 프로세스를 해당하는 상태의 queue에 넣어둠

Linux 의 경우 red-black tree로 queue를 만들어놓음

Example of Process State

Time	\(P_0\)	\(P_1\)	Notes	queue 상태
1	Running	Ready		run - \(P_0\) ready - \(P_1\)
2	Running	Ready	\(P_0\)의 I/O 요청이 발생함
3	blocked	running		run - \(P_1\) wating - \(P_0\)
4	blocked	running	\(P_0\)의 I/O 요청이 끝남
5	ready	running	운영체제 정책 - \(P_0\), \(P_1\) 모두 cpu를 할당 가능	run - \(P_1\) ready - \(P_0\)
6	ready	running	\(P_1\) 종료
7	running			run - \(P_0\)
8	running

* \(P_0\)의 I/O가 종료될 때 : I/O디바이스가 생성하는 인터럽트에 의해 인터럽트 핸들러가 실행 >> block → ready

* 인터럽트가 발생하면 cpu 스케줄러가 어디에 cpu를 줄 지 결정함 - 이 경우에는 그대로 \(P_1\)에게 준 것

cpu 점유

PCB (Process Control Blocks)

프로세스 생성 >> 프로세스를 관리하기 위한 자료구조 PCB를 생성함

kernel/include /linux/sched.h

struct task_struct { //PCB의 역할을 함 
    volatile long state; 
    /* TASK_RUNNING : running인지 여부 확인
       TASK_INTERRUPTIBLE .. : blocked의 종류가 다양함 - state가 많음*/
    void *stack;  // 커널 스택을 가리키는 stack pointer
    
    unsigned int cpu; // 몇번 cpu를 사용하는지 - 몇번 코어인지
    
    struct mm_strcut *mm; // memory vartualization 정보 - 구조체의 시작점
    
    // 프로세스간의 관계 정보 (fork)
    struct task_strcut *parent; // parent process
    struct list_head children; // circulary doubled linked list로 관리함 - child 여러개
    
    struct files_struct *files; //open한 파일들의 정보
}

각각의 프로세스는 user-mode stack & kernel-mode stack을 가지고 있음