[OS] 멀티프로그래밍과 멀티프로세싱(Feat. PCB, Context Switching)

현대의 컴퓨터는 

멀티프로그래밍 + 멀티프로세싱

 

멀티프로그래밍이란?

• 유니프로그래밍 : 메모리에 프로세스 1개
• 멀티프로그래밍 : 메모리에 여러 개의 프로세스

멀티프로세싱이란?

• CPU가 여러개의 프로세스를 동시에 처리(시분할처리)

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스와핑(SWAPPING)이란? 

• 저장장치에 있던 프로세스 ↔ 메모리의 프로세스
• RAM에 저장공간이 부족할 때 일단 하드디스크(HDD나 SSD) 공간을 이용하고, 메모리 여유가 생기면 다시 RAM으로 옮겨오는 것

스와핑 Swapping

Swap IN 

저장장치에 있던 프로세스를 메모리로 다시 로드하는 것.

Swap out 

메모리에 있는 프로세스를 저장장치로 보내는 것. 

 

스왑(SWAP)

• 시스템에 메모리가 부족할 경우에 하드디스크의 일부 공간을 활용하여 계속 도와주는 영역
• 가상 메모리 관리 방법인 페이징 기법으로 발전함.

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PCB(Process Control Block)

• 프로세스의 정보를 저장
• Linked List 로 연결되어 있음
• 각 프로세스가 생성될 때마다 고유의 PCB 생성, 완료되면 PCB 제거 
• 프로세스가 종료되면 해당 프로세스의 연결을 끊음

PCB(Process Control Block)

 

PCB(Process Control Block) 구조

PCB(Process Control Block)의 구조

 

• 포인터(Pointer) : 효율적인 접근을 위해 사용(부모프로세스, 자식프로세스, 프로세스가 위치한 메모리주소, 할당된 자원 정보 등)
• 프로세스 상태(Process State) : 5가지 - 생성(Create), 준비(Ready), 실행(Running), 대기(Waiting), 완료(Terminated)
• 프로세스 ID(Process ID) : 프로세스의 일련번호
• 프로그램 카운터(Program Counter) : 다음 실행될 명령어의 주소를 포함하는 프로그램 카운터를 저장(시분할구조이기 때문에 다른 프로세스가 실행되고 다시 내 프로세스가 실행될 때 카운터가 있어야 어떤 명령어를 실행할 지 알 수 있음)
• 레지스터 정보 : 레지스터 값 저장
• 메모리 관련 정보 : 메모리 위치 정보, 메모리 침범을 막기 위한 경계 레지스터 값
• CPU 스케줄링 정보 : CPU 스케줄링을 위한 우선순위, 최종 실행시간, CPU 점유시간

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프로세스 상태(Process State)

프로세스상태(Process State)

• 생성(New) : PCB를 생성하고 메모리에 프로그램 적재를 요청한 상태. 승인 후에 준비 상태로 넘어감
• 준비(Ready) : CPU를 사용하기 위해 기다리고 있음.
• 실행(Running) : 준비단계의 프로세스가 CPU 스케줄러에 의해 실행되는 것. 실행상태에 있는 최대 프로세스 수 = CPU 수. 부여된 시간만큼만 CPU 사용가능. 스케줄러가 강제로 빼앗음
• 대기(Waiting) : 입출력 작업 대기(입출력 작업이 상대적으로 느리기 때문에, 비효율적임.) 이 프로세스를 대기상태로 두고 다른 프로세스를 실행.
• 완료(Terminated) : 프로세스 종료. 데이터를 메모리에서 제거, PCB 제거

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컨텍스트 스위칭(Context Switching)

프로세스를 실행하는 중에 다른 프로세스를 실행하기 위해 실행 중인 프로세스의 상태를 저장하고 다른 프로세스의 상태값으로 교체하는 작업. 이때 PCB의 내용이 저장됨.

 

컨택스트 스위칭 시, PCB 변경 값

• 프로세스 상태, 프로그램 카운터, 레지스터 정보, 메모리 관련 정보

 

컨텍스트 스위칭 단계

프로세스A 실행 시간 초과 → OS 인터럽트 → 프로세스A 레지스터 값 등 PCB에 저장 → PCB B의 값으로 CPU의 레지스터 값 세팅 → 프로세스B 레지스터 값 등 PCB에 저장 → 프로세스A 실행

 

컨텍스트 스위칭이 발생하는 이유?

• CPU 점유시간이 다 됨
• I/O 요청
• 다른 종류의 인터럽트가 있을 때

 

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출처

• https://inf.run/5tsi
• https://jhnyang.tistory.com/103
• https://codetravel.tistory.com/31