[운영체제] 프로세스

전공 수업 내용 정리 (문제 발생시 비공개합니다.)

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프로그램과 프로세스

프로그램: 디스크에 저장된 수동적인 엔티티(binary sequence)
프로세스: 실행 중인 액티브 엔티티(execution sequence)

프로세스의 구성 요소

1. 프로그램 코드: 실행될 명령어 집합
2. 관련 데이터 세트: 프로그램 실행에 필요한 데이터

동적 저장공간 할당

• 스택(Stack): 함수 호출 시 리턴 주소와 지역 변수를 저장 (LIFO 구조)
• 힙(Heap): 동적 메모리 할당을 위해 사용

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실행 순서와 스택 구조

스택 구조

• 스택 포인터(Stack Pointer): 스택 최상단 원소의 주소
• 스택 베이스(Stack Base): 스택 최하단 원소의 주소
• 스택 리미트(Stack Limit): 스택 최대 크기 제한

함수 호출 시 동작

1. 함수 호출 시 리턴 주소를 스택에 저장(push)
2. 함수 종료 시 리턴 주소를 참조하여 복귀(pop)

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프로세스 제어 블록 (PCB)

⭐⭐⭐⭐운영체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 사용하는 핵심 자료구조

운영체제의 핵심이다

PCB의 주요 역할

1. 프로세스 상태 저장: 프로세스 중단 후 재개를 위해 PC(Program Counter)와 레지스터 상태 저장
2. 프로세스 간 컨텍스트 스위칭 지원: CPU가 다른 프로세스로 전환될 때 필요한 정보 제공

PCB 구성 요소

• PID(Process ID): 고유 프로세스 식별자
• 프로세스 상태: New, Ready, Running, Blocked, Terminated 등
• 레지스터 상태: 프로그램 카운터, 스택 포인터 등
• 메모리 관리 정보: 페이지 테이블, 메모리 범위 등
• CPU 스케줄링 정보: 우선순위, CPU 점유 시간 등
• I/O 상태 정보: 열린 파일 목록, 할당된 입출력 장치 등

PCB는 일반적으로 커널 스택에 저장되며, 이중 연결 리스트로 관리됨.

 

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프로세스 이미지

유저 레벨 문맥

• 사용자 프로그램과 데이터 및 실행 중 사용되는 스택 포함

시스템 레벨 문맥

• PCB와 같은 운영체제가 관리하는 정보 포함

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프로세스 상태 모델

2-상태 모델

1. Running: 현재 실행 중인 상태
2. Not Running: 실행 대기 중 또는 대기 상태

단점: Not Running 상태의 모호함으로 인해 실용성이 낮음.

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5-상태 모델

1. New: 생성된 초기 상태
2. Ready: 실행 준비 완료
3. Running: CPU에서 실행 중
4. Blocked: 특정 이벤트(I/O 작업 등) 대기
5. Terminated: 실행 종료

다중 큐를 통해 효율적으로 관리 가능

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7-상태 모델 (보류 상태 추가)

1. Blocked/Suspend (블록/보류): 보조 메모리에서 이벤트 대기
2. Ready/Suspend (준비/보류): 보조 메모리에 있지만 메인 메모리에 로드되면 즉시 실행 가능

보류 상태는 메모리 부족 문제를 해결하고 우선순위 기반 관리에 유용

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디스패처와 컨텍스트 스위칭

디스패처(Dispatcher)

• Ready 상태에서 Running 상태로 전환 담당
• 컨텍스트 스위칭을 수행하며, 사용자 모드(User Mode)로 전환
• 프로세스가 다시 시작할 때 사용자 프로그램이 올바른 위치를 찾을 수 있도록 한다.
• 따라서 dispatcher의 처리속도가 빠르면 빠를수록, 시스템 성능이 향상된다.

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프로세스 스위치

주요 원인

1. 타이머 인터럽트
2. 시스템 호출(Supervisor Call)
3. 예외(Exception)

모든 인터럽트가 반드시 프로세스 전환을 의미하지는 않음.

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