선발대 1주차 - 프로세스와 스레드

프로세스

 

실행 중인 프로그램

실행되기 전까지는 보조 기억장치에 있는 프로그램 > 실행하면 프로세스가 된다.

프로세스는 기본적으로 메모리에 적재가 되어 있다. (except. 페이징)

윈도우는 작업관리자에서 실행중인 프로세스를 볼 수 있다.

 

포그라운드 프로세스

- 사용자가 볼 수 있는 공간에서 실행되는 프로세스

 

백그라운드 프로세스

- 사용자가 볼 수 없는 공간에서 실행되는 프로세스

• 사용자와 직접 상호작용이 가능한 백그라운드 프로세스
  포그라운드 프로세스를 백그라운드로 전환하는 명령어를 사용 시
• 사용자와 상호작용하지 않고 그저 정해진 일만 수행하는 프로세스(데몬, 서비스)
  보통 백그라운드 프로세스라고 하면, 데몬이나 서비스를 지칭한다.

 

프로세스 제어블록 PCB

 

모든 프로세스는 실행을 위해 CPU가 필요하다

프로세스들은 돌아가며 한정된 시간만 CPU를 이용

 

운영체제는 빠르게 번갈아 수행되는 프로세스들을 관리해야 한다.

이를 위해 사용하는 자료구조가 PCB

•  프로세스 관련 정보를 저장하는 자료 구조
•  상품에 달린 태그와 같은 정보
•  프로세스 생성 시 커널 영역에 생성, 종료 시 폐기

 

 

PCB에 담기는 대표적인 정보 

• 프로세스ID  (PID)
      특정 프로세스를 식별하기 위해 부여하는 고유한 번호
• 레지스터 값
• 프로세스 상태
      입출력 장치를 사용하기 위해 기다리는 상태, CPU를 사용하기 위해 기다리는 상태, CPU를 이용중인 상태 등
• CPU 스케줄링 정보
• 메모리 정보
• 사용한 파일과 입출력 장치 정보
      할당된 입출력 장치, 사용 중인(열린) 파일 정보

 

 

PID : 각각의 프로세스에 할당된 고유의 번호

프로세스마다 PID는 당연히 하나씩 할당된다.

8000번 포트, 8001번 포트에 장고를 할당하면 각각의 PID는 다르다.

 

할당된 입출력 장치, 사용 중인 파일 정보 다를 수도 있다.

 

프로세스 상태

프로세스마다 상태가 있다. 작업관리자 > 세부정보 > 상태

프로세스가 어떤 상태인지를 보여준다.

예를들어 장고 혹은 파이썬을 똑같은 것을 두번 실행해도 둘의 상태는 다를 수도 있다.

 

• 생성상태
  이제 막 메모리에 적재되어 PCB를 할당받은 상태
  준비완료 시 준비 상태로
• 준비상태
  당장 CPU할당 시 실행가능하지만 차례를 기다리는 상태
  차례 시 실행 상태로(디스패치)
• 실행상태
  CPU할당받고 실행 중, 할당 시간 모두 사용 시 준비 상태로,(타이머 인터럽트)
  실행 중 입출력 장치 사용시 해당 작업이 끝날때까지 대기 상태로(입출력 요청)
• 대기상태
  프로세스가 실행 중 입출력 장치를 사용하는 경우
  입출력 작업이 끝나면 준비 상태로(입출력 완료)
• 종료상태
  프로세스가 종료된 상태 
  PCB, 프로세스의 메모리 영역 정리

 

 

사용자 영역에는 프로세스가 어떤 식으로 저장되는가

메모리
커널 영역
스택 영역	사용자 영역
힙 영역
데이터 영역
코드영역 (= 텍스트영역)
...

 

 

모든 프로세스는 기본적으로 4가지의 영역으로 나누어진다.

 

• 코드 영역

CPU가 갖고가서 실행할 명령어

실행할 수 있는 코드, 기계어로 이루어진 명령어 저장

데이터가 아닌 CPU가 실행할 명령어가 담기기에 쓰기가 금지된 영역

 

• 데이터 영역 

잠깐 썼다가 없앨 데이터가 아닌 프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터 저장

e.g. 전역 변수

 

• 힙 영역

사용자가 직접 할당할 수 있는 저장 공간

 

• 스택 영역

데이터가 일시적으로 저장되는 공간

잠깐 쓰다가 말 값들이 저장되는 공간

스택 영역의 크기는 가변적이다.

e.g. 매개변수, 지역변수

 

 

스레드

 

스레드는 프로세스를 구성하는 실행 흐름의 단위

하나의 프로세스는 하나 이상의 스레드를 가질 수 있다.

 - 멀티 스레드 프로세스

 

 

스레드의 구성 요소

 - 스레드ID, 프로그램 카운터를 비롯한 레지스터 값, 스택 등 실행에 필요한 최소한의 정보

메모리
운영체제(커널) 영역
스레드 1 스택	스택 영역
스레드 2 스택
스레드 3 스택
힙 영역
데이터 영역
코드 영역

 

똑같은 스레드를 여러개 만든다 = 같은 프로세스를 실행해주는 여러개의 실행 흐름을 만든다.

스레드를 여러개 만든다고 중복으로 실행되는 메모리 영역은 없다. 

 

 

동일한 작업을 수행하는

단일 스레드 프로세스 여러 개 실행

                         VS

멀티 스레드 프로세스 하나 실행

 

스레드는 하나의 프로세스를 실행하는 흐름이기 때문에 다른 스레드에 문제가 생기면 문제가 생길 수도 있다.

프로세스는 하나의 프로세스가 문제가 생긴다고 다른 프로세스에 영향을 주지는 않는다.

 

멀티 프로세스는 여러 프로세스로 병행 실행

멀티 스레드는 여러 스레드로 병행 실행

 

프로세스끼리는 자원을 공유하지 않는다. > 독립적으로 실행된다.

스레드는 원론적으로 프로세스가 가지는 자원을 공유한다. (코드영역 데이터 영역 등등)