4. 프로세스 관리

프로세스 생성

Copy-on-write (COW) - write 시에 copy

• 부모 프로세스가 자식 프로세스 생성
• 프로세스의 트리 형성
• 프로세스는 자원을 필요로 함
  • 운영체제로부터 받는다
  • 부모와 공유한다
• 자원의 공유
  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부를 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델 - 일반적임
• 수행
  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료될 때까지 부모가 기다리는 모델
• 주소 공간
  • 자식은 부모의 공간을 복사함
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림
• 유닉스의 예
  • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성
    • 부모를 그대로 복사 (OS data except PID + binary)
    • 주소 공간 할당
  • fork 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림

프로세스 종료

• 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌 (exit)
  • 자식이 부모에게 output data를 보냄 (via wait)
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨
• 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴 (abort)
  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
  • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
  • 부모가 종료(exit)하는 경우
    • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다.
    • 단계적인 종료

fork() 시스템 콜

• A process is created by the fork() system call.
  • creates a new address space that is a duplicate of the caller.

int main(){
	int pid;
	pid = folk();
	if(pid == 0)
		printf("\n Hello, i am child!\n");
	else if (pid > 0)
		printf("\n Hello, i am parent!\n");
}

fork가 일어나면 그 다음 시점부터 자식프로세스가 실행하게 된다.

→ 부모 프로세스의 fork() 다음 시점이 PC에 저장되어있기 때문

부모 프로세스의 fork 리턴값은 자식 프로세스와는 다른 값을 받게 된다.

exec() 시스템 콜

• A process can execute a different program by the exec() system call.
  • replaces the memory image of the caller with a new program.

int main(){
	int pid;
	pid = folk();
	if(pid == 0){
		printf("\n Hello, i am child! Now i'll run date \n");
		execlp("/bin/date", "/bin/date", (char *) 0); // execlp함수의 전달 형식
	}
	else if (pid > 0)
		printf("\n Hello, i am parent!\n");
}

exec 시스템콜을 통해 새로운 시작을 할 수 있음.

→exec을 하고 나면 되돌아올 수 없음.

wait() 시스템 콜

• 프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면
  • 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep시킨다 (block 상태)
  • Child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다 (ready 상태)

int main(){
	int childPid;
	childpid = folk();
	if(childpid == 0){
		<code for child process>
	}
	else
		wait(); //child가 종료될때까지 부모 프로세스는 잠들어있음
	
}

exit() 시스템 콜

• 프로세스의 종료
  • 자발적 종료
    • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해
    • 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
  • 비자발적 종료
    • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
      • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청
      • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
    • 키보드로 kill, break 등을 친 경우
    • 부모가 종료하는 경우
      • 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨

요약

fork() create a child (copy)

exec() overlay new image

wait() sleep until child is done

exit() frees all the resources, notify parent

프로세스 간 협력

• 독립적 프로세스
  • 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함
• 협력 프로세스
  • 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음
• 프로세스간 협력 메커니즘(IPC: InterProcess Communication)
  • 메시지를 전달하는 방법
    • message passing : 커널을 통해 메시지 전달
  • 주소 공간을 공유하는 방법
    • shared memory : 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음
    • thread : thread는 사실 상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만 동일한 process를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

Message Passing

• Message system
  • 프로세스 사이에 공유 변수(shared variable)를 일체 사용하지 않고 통신하는 시스템
• Direct Communication
  • 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
• Indirect Communication
  • mailbox (또는 port) 를 통해 메시지를 간접 전달

Shared Memory

커널 요청을 통해 한번 공유 메모리 영역을 만들고 나면

프로세스간 공유하는 메모리 영역을 통해 작업을 할 수 있음