4장 Process Management

 

reference: kocw의 반효경 교수님 강의와 권진욱 교수님 강의(대학 정규 수업)
수업을 듣고나서 강의 교재를 타이핑하고 필기한 부분을 추가적으로 정리하였습니다.
웹뷰에서 toc를 제공합니다.
github의 md 파일로 보는 게 편하시다면, 여기로 이동해주시면 됩니다.

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1. 프로세스 생성

• 부모 프로세스가 자식 프로세스를 생성
• 프로세스의 트리(계층 구조) 형성
• 프로세스는 자원을 필요로 함
  • 운영체제로부터 각각 받는다 (대부분)
  • 부모와 공유한다 (이례적임)
• 자원의 공유
  • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  • 일부 공유하는 모델
  • 전혀 공유하지 않는 모델 (대부분)
• 수행
  • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료될 때가지 부모가 기다리는 모델
• 주소 공간 (Address space - code, data, stack)
  • 자식은 부모의 공간을 복사함
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림
• 유닉스의 예
  • fork() 시스템 콜로 새로운 프로세스를 복제 생성
    • 부모 그대로 복사 (PID를 제외한 OS data)
    • 주소 공간을 할당받음
  • fork 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 완전히 새로운 프로그램을 메모리에 올림.

2. 프로세스 종료

<자발적> : 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌 (exit)

• 자식이 부모에게 output data를 보냄
• 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨

<강제로> : 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴 (abort)

• 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
• 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
• 부모를 종료하려면?
  • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우, 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다.
  • 상속 관계에서 말단에 있는 프로세스부터 단계적으로 종료가 된다.

3. 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
• 자원을 다 반납하고 부모 프로세스에게 본인이 죽는다는 것을 전달함으로써 프로세스는 운명을 다하게 되는 것

3-1. fork() 시스템 콜

프로세스 생성

int main() {
    int pid;
    pid = fork();
    if (pid == 0)
	// this is child
    else if (0 < pid)
        // this is parent
}

fork() 시스템 콜은 해당 구조(코드)를 가진 프로세스를 복제 생성한다. 이 때 자기 자신의 context 즉 memory 주소 공간과 CPU의 문맥 (현재 register값, program counter)도 복제되어 새로 생성된다.

따라서 복제된 프로세스도 if문부터 시작한다. 부모의 문맥을 이어받았기 때문이다.

 

Q. 그렇다면 둘은 별개의 프로세스인데 어떻게 부모-자식을 구분할까?

A. fork()를 호출한 결과값 (return value)가 부모인 경우 pid를 양수로 받고 자식은 0을 가짐.

3-2. exec() 시스템 콜

프로세스를 새로운 프로그램으로 덮어 씌워 다른 서비스를 함.

int main() {
    int pid;
    pid = fork();
    if (pid == 0) {
		// this is child
        execlp("/bin/date", "/bin/date", (char *) 0);
    	// 경로를 포함한 프로그램 이름을 2번 적어주고 3번째 인자부터는 해당 프로그램에 전달할 argument를 나연한 뒤에 zero pointer (character null)를 쓰면 실행된다.
    	printf("출력 안됨, exec 이후의 코드는 실행 안 됨.");
        //  해당 프로그램이 완전히 새로운 프로그램으로 덮여서 시작부분부터 실행되기 때문. 
        // return value 처럼 되돌아오고 이런 거 전혀 없음. 
        // 온전히 새로운 사람으로 태어나서 그 세계에서 평생 살아야한다고 생각하면 쉽게 이해할 수 있다.
    } else if (0 < pid)
        // this is parent
}

3-3. wait() 시스템 콜

• 프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면 커널은 child가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep 시킨다 (block 상태)
• Child process가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨운다 (ready 상태)

int main {
    int pid;
	pid = fork();
    if (pid == 0)
	// this is child
    else if (0 < pid)
        // this is parent
        wait();
}

Q. 왜 이 기능을 지원? 언제 쓰이지?

A. Linux command를 생각해보자. vi editor 편집 종료되기 전까지는 뜨는 게 없다가 (부모는 blocked) 종료하면 다시 명령어를 입력할 수 있는 상태가 됨.

linux에서 command를 입력할 때는 기본적으로 shell이라는 프로세스가 떠있고 ls 이런 하나의 process (이면서 명령어)를 실행시키면 자식 프로세스 형태로 실행됨.

부모가 wait을 안하면 경쟁 관계가 된다. CPU를 먼저 얻으려는 독립적인 프로세스이기에.

3-4. exit() 시스템 콜

프로세스의 종료.

• 자발적 종료
  • 마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해 종료됨
  • 프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가 리턴되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
• 비자발적 종료
  • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시킴
    • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자워 요청 (OS가 죽일 수도 있음)
    • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
  • 키보드로 kill, break 등을 친 경우
  • 부모가 종료하는 경우
    • 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨

4. 프로세스 간 협력

4-1. 독립적 프로세스(Indepedent process)

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

4-2. 협력 프로세스(Cooperating process)

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

• message passing: 메세지를 전달하는 방법

  

  • Direct Communication: 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시

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  • Indirect Communication: mailbox (또는 port)를 통해 메세지를 간접적으로 전달

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    P는 message를 mailbox에 담고 운 좋게 Q가 mailbox를 열어보면 message를 받게 되거나 아님 다른 프로세스가 mailbox를 열어 가져갈 수 있음
• 프로세스 사이에 공유 변수를 일체 사용하지 않고 커널을 통해 메세지를 전달하여 통신한다.
• shared memory: 주소 공간을 공유하는 방법서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하게 하는 shared memort 메커니즘이 있음.
• 프로세스가 운영체제에 system call로 같이 메모리 공간을 쓰고 싶다고 부탁하면, 서로 신뢰할 수 있다는 가정 하에 메모리 일부를 공유하게 된다. 메모리를 공유하게 되면 서로 협력이 가능하다.

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