Process Management

본 글은 다음 강의를 들으며 정리한 내용입니다.
강의 정보 : 운영체제 / 이화여대 반효경
강의 링크

1. 프로세스의 생성 (Process Creation)

• Copy-on-write (COW) 기법

• 부모 프로세스(Parent process)가 자식 프로세스(children process) 생성

• 프로세스의 트리(계층 구조) 형성

• 프로세스는 자원을 필요로 함

  • 운영체제로부터 받는다
  • 부모와 공유한다

• 자원의 공유

  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부를 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델

• 수행 (Execution)

  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료(terminate)될 때까지 부모가 기다리는(wait) 모델

• 주소 공간 (Address space)

  • 자식은 부모의 공간을 복사함 (binary and OS data)
  • 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

• 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 자원을 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

2. 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 = fork();
	if (pid == 0)
		printf("Hello, I am child!\n");
	else if (pid > 0)
		printf("Hello, I am parent!\n");
}

3. exec() 시스템 콜

A process can execute a different program by the exec() system call.

• replace the memory image of the caller with a new program.

int
	main()
{
	int		pid;

	pid = fork();
	if (pid == 0)
	{
		printf("Hello, I am child! Now I'll run date.\n");
		execlp("/bin/date", "/bin/date", (char *)0);
	}
	else if (pid > 0)
		printf("Hello, I am parent!\n");	
}

4. 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)

5. exit() 시스템 콜

프로세스의 종료

5-1. 자발적 종료

• 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해

• 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌

5-2. 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

6. 프로세스와 관련한 시스템 콜

• fork() : create a child (copy)

• exec() : overlay new image

• wait() : sleep until child is done

• exit() : frees all the resources, notify parent

7. 프로세스 간 협력

7-1. 독립적 프로세스 (Independent process)

• 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함

7-2. 협력 프로세스 (Cooperating process)

• 프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음

7-3. 프로세스 간 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 주소 공간을 공유하게 하는 shared memory 메커니즘이 있음
  • tread : tread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만 동일한 프로세스를 구성하는 thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

8. 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

9. Interprocess Communication