Process

Process State

• new

  • 프로세스가 처음 생성된 상태

• ready

  • 프로세스가 실행할 준비가 되었고 CPU의 자원을 받기 위해 기다리는 상태

  • 이 ready 상태의 프로세스들을 큐로 관리한다.

• running

  • CPU로부터 자원을 할당받아 프로세스가 실행되는 상태

  • 할당된 time quantum을 다 사용했는데 프로세스 실행이 종료되지 않았을 때에는 다시 ready 상태로 돌아가 자원 할당을 기다려야 한다.

• waiting

  • 프로세스에서 I/O 작업이 필요하거나 critical section에 접근해야 할 경우 waiting 상태로 변경된다.

  • CPU 낭비를 방지하기 위해 waiting 중에는 다른 프로세스가 실행된다.

  • I/O 작업이 완료되거나 lock을 획득할 수 있으면 ready 상태로 변경되어 기다리다가 CPU에 할당되면 running 상태가 된다.

• terminated

  • 프로세스가 종료된 상태

scheduler

• CPU가 항상 바쁜 상태로 유지되도록 프로세스를 선택한다

• 실행하던 프로세스가 waiting / ready / terminated 등으로 변할 경우 다른 프로세스를 CPU에 할당해야 한다.

• 이 때 어떤 프로세스를 CPU에 할당할 지 스케쥴러가 확인하게 된다.

dispatcher

• 스케줄러에 의해 선택된 프로세스가 CPU에서 실행될 수 있도록 한다.

• 커널 모드에서 context switching를 담당한다.

• 새로운 프로세스가 실행될 수 있도록 유저 모드로 전환해준다.

• 실행되어야 할 시작 위치로 프로세스를 이동시킨다.

Process Scheduling Queues

• Job queue

  • 시스템 내의 모든 프로세스를 저장

  • 현재 쓰이지는 않음

• Ready queue

  • 실행 가능한 프로세스들이 자원 할당을 위해 메인 메모리에서 대기하는 큐

• Device queue

  • I/O device에서 작업을 처리할 때 대기하는 프로세스 큐

Communication Models

• memory protection 때문에 프로세스 A에서 프로세스 B로 데이터를 직접 보낼 수 없다.

• Message Passing

  • 특정 프로세스에서 커널을 통해 다른 프로세스로 메시지 전송

  • 장점: 커널이 데이터를 옮기고 프로세스 간 동기화를 함

  • 단점: 데이터를 옮길 때 운영체제를 거치므로 데이터 양이 크면 성능 상 오버헤드가 커짐, 속도 느림

• Shared Memory

  • 프로세스 A와 프로세스 B가 공유하는 메모리 공간을 따로 할당

  • 장점: 공유 메모리를 만드는 과정만 커널이 하고, 나머지는 프로세스가 직접 메모리에 관여하므로 오버헤드가 줄어듦

  • 단점: 프로세스 안에서 데이터 동기화를 직접 조절해야 함, 데이터가 메일 박스에 있는지 계속 확인해야 함

Producer-Consumer Problem

• 두 프로세스에서 데이터를 주고 받을 때 발생하는 문제

• 데이터를 옮길 때 bounded buffer(유한 버퍼)로 shared memory를 생성하여 옮기므로, bounded-buffer problem 이라고도 부른다.

• Producer: 데이터 생산 담당 프로세스, 큐에 데이터를 저장

• Consumer: 데이터 사용하는 프로세스, 큐에 저장된 데이터를 꺼내 사용

• 문제점

  • 제한된 용량을 가진 shared memory를 사용하게 되면 큐가 꽉 차면 Producer가 대기해야 하고, 큐가 비어 있을 경우 Consumer가 대기해야 한다.

  • 다수의 Producer, Consumer가 있을 경우 같은 파일을 덮어쓰거나, 여러번 읽는 과정이 발생할 수 있다.

  • 프로세스마다 큐에 데이터가 있는지 확인하는 코드를 개발자가 직접 넣어줘야 한다. (운영체제 커널의 큐를 사용하면 운영체제가 알아서 관리)

• 해결법

  • Semaphore

  • Monitor

  • circular queue 구현 방식을 사용해, 데이터 입출력을 in/out 변수(포인터)로 관리한다.

참고 자료

• https://www.baeldung.com/cs/bounded-buffer-problem