프로세스

프로세스 

 

컴퓨터에서 실행되고 있는 프로그램을 말한다.

CPU 스케줄링의 대상이 되는 작업이라는 용어와 같은 의미로 쓰인다.

 

프로그램이 메모리에 올라가면 프로세스가 되는 인스턴스화가 일어나고, 이후 운영체제의 CPU 스케줄러에 따라 CPU가 프로세스를 실행한다.

 

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프로세스와 컴파일 과정

 

프로세스는 프로그램이 메모리에 올라가 인스턴스화된 것을 말한다.

ex) 프로그램은 구글 크롬 프로그램(chrome.exe)과 같은 실행 파일이며, 이를 두 번 클릭하면 구글 크롬 프로세스로 변환되는 것이다.

 

프로그램을 만드는 과정은 만드는 언어마다 다를 수 있으며 컴파일 언어인 C언어 기반의 프로그램을 기준으로 설명하면 컴파일러가 컴파일 과정을 통해 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어로 번역하여 실행할 수 있는 파일을 만들게 된다.

 

전처리

소스 코드의 주석을 제거하고 #include 등 헤더 파일을 병합하여 매크로를 치환합니다.

 

컴파일러

오류처리, 코드 최적화 작업을 하며 어셈블리어로 변환한다.

 

어셈블러

어셈블리어는 목적코드로 변환된다. 이 때 확장자는 운영체제마다 다른데, 리눅스에서는 ".o"이다.

ex) ".c"라는 파일을 만들었을 때 가영 ".o"라는 파일이 많들어지게 된다.

 

링커

프로그램 내에 있는 라이브러리 함수 또는 다른 파일들과 목적 코드를 결합하여 실행 파일을 만든다.

실행 파일의 확장자는 ".exe" 또는 ".out"이라는 확장자를 갖는다.

 

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프로세스의 상태

 

프로세스의 상태는 여러 상태 값을 가진다.

 

생성 상태

프로세스가 생성된 상태를 의미하며,

"fork()"(부모 프로세스의 주소 공간을 그대로 복사하며, 새로운 자식 프로세스를 생성하는 함수. 주소 공간만 복사할 뿐이지 부모 프로세스의 비동기 작업 등을 상속하지는 않음.) 또는 "exec()"(새롭게 프로세스를 생성하는 함수) 함수를 통해 생성된다. 이 때 PCB가 할당된다.

 

대기 상태

대기상태는 메모리 공간이 충분하면 메모리를 할당받고 아니면 아닌 상태로 대기하고 있으며 CPU 스케줄러로부터 CPU 소유권이 넘어오기를 기다리는 상태이다.

 

대기 중단 상태

메모리 부족으로 일시 중단된 상태이다.

 

실행 상태

CPU 소유권과 메모리를 할당받고 인스트럭션을 수행중인 상태를 말한다. 이를 CPU burst가 일어났다고도 표현한다.

 

중단상태

어떤 이벤트가 발생한 이후 기다리며 프로세스가 차단된 상태이다. I/O 디바이스에 의한 인터럽트로 이런 현상이 많이 발생하기도 한다. 

 

일시 중단 상태

대기 중단과 유사하다. 중단된 상태에서 프로세스가 실행되려고 했지만 메모리 부족으로 일시 중단된 상태이다.

 

종료 상태

메모리와 CPU 소유권을 모두 놓고 가는 상태를 말한다.종료는 자연스럽게 종료되는 것도 있지만, 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제시키는 비자발적 종료로 종료되는 것도 있다. 자식 프로세스에 할당된 자원의 한계치를 넘어서거나 부모 프로세스가 종료되거나 사용자가 process, kill등 여러 명령어로 프로세스를 종료할 때 발생한다.

 

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프로세스의 메모리 구조

 

운영체제는 프로세스에 적절한 메모리를 할당하는데 다음 구조를 기반으로 할당한다.

 

스택, 힙, 데이터영역, 코드영역으로 나눠진다. 스택은 위 주소부터 할당되고 힙은 아래 주소부터 할당된다.

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스택과 힙

동적으로 할당되며, 동적 할당은 런타임 단계에서 메모리를 할당받는 것을 말한다.

스택은 지역변수, 매개변수, 실행되는 함수에 의해 늘어나거나 줄어드는 메모리 영역이다. 

함수가 호출될 때마다 호출될 때의 환경 등 특정 정보가 스택에 계속해서 저장된다.

 

또한, 재귀 함수가 호출된다고 했을 때 새로운 스택 프레임이 매번 사용되기 때문에 함수 내의 변수 집합이 해당 함수의 다른 인스턴스 변수를 방해하지 않는다.

 

힙은 동적으로 할당되는 변수들을 담는다. "malloc()", "free()" 함수를 통해 관리할 수 있으며, 동적으로 관리되는 자료 구조의 경우 힙 영역을 사용한다. 

 

데이터 영역과 코드 영역

정적 할당되는 영역이다. 정적 할당은 컴파일 단계에서 메모리를 할당하는 것을 말한다. 

데이터 영역은 BSS segment와 Data segment, code/text segment로 나뉘어서 저장된다.

 

BSS segment는 전역 변수 또는 static, const로 선언되어 있고 0으로 초기화 또는 초기화 또는 초기화가 어떤 값으로도 되어 있자 않은 변수들이 이 메모리 영역에 할당되며 Data segment는 전역 변수 또는 static, const로 선언되어 있고 0이 아닌  값으로 초기화된 변수가 이 메모리 영역에 할당됩니다.

code segment는 프로그램의 코드가 들어갑니다.

 

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PCB

 

운영체제에서 프로세스에 대한 메타데이터를 저장한 '데이터'를 말한다. 프로세스 제어 블록이라고도 한다. 프로세스가 생성되면 운영체제는 해당 PCB를 생성한다.

 

프로그램이 실행되면 프로세스가 생성되고 프로세스 주소 값들에 메모리가 할당된다. 그리고 이 프로세스의 메타데이터들이 PCB에 저장되어 관리된다. 이는 프로세스의 중요한 정보를 포함하고 있기 때문에 일반 사용자가 접근하지 못하도록 커널 스택의 가장 앞부분에서 관리된다.

 

+메타데이터)

데이터의 관한 구조화된 데이터이자 데이터를 설명하는 작은 데이터, 대량의 정보 가운데에서 찾고 있는 정보를 효율적으로 찾아내서 이용하기 위해 일정한 규칙에 따라 콘텐츠에 대해 부여되는 데이터이다.

 

PCB의 구조

PCB는 프로세스의 스케줄링 상태, 프로세스 ID등의 다음과 같은 정보로 이루어져 있다.

 - 프로세스 스케줄링 상태 : '준비', '일시중단'등 프로세스가 CPU에 대한 소유권을 얻은 이후의 상태

 - 프로세스 ID : 프로세스 ID, 해당 프로세스의 자식 프로세스 ID

 - 프로세스 권한 : 컴퓨터 자원 또는 I/O 디바이스에 대한 권한 정보

 - 프로그램 카운터 : 프로세스에서 실행해야 할 다음 명령어의 주소에 대한 포인터

 - CPU 레지스터 : 프로세스를 실행하기 위해 저장해야 할 레지스터에 대한 정보

 - CPU 스케줄링 정보 : CPU 스케줄러에 의한 중단된 시간 등에 대한 정보

 - 계정 정보 : 프로세스 실행에 사용된 CPU 사용량, 실행한 유저의 정보

 - I/O 상태 정보 : 프로세스에 할당된 I/O 디바이스 목록

 

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