Process (프로세스)

정의와 개념

기본이다

정의는
실행중인 프로그램이다

독립적인 주소 공간(코드/데이터/힙/스택)과 파일 핸들 등 자원의 소유자다

다른 프로세스와 주소 공간 분리되어있다

자기만의 가상 주소를 갖는다는 뜻으로 다른 프로세스라면 같은 가상 주소더라도 가른 물리 페이지로 연결 될 수 있다

그덕에 프로세스는 다른 프로세스의 메모리를 직접 보진 못한다

PCB (Process Control Block)

커널이 관리하는 프로세스의 메타데이터다

정의는
운영체제가 프로세스 하나를 추적/관리하기 위해 커널에 보관하는 상태 기록지라 할 수 있다

내용물들 (대표 항목)

• ID/상태: PID, 상태(ready/running/blocked/terminated)

• 스케줄링 정보: 우선순위, 타임슬라이스 회계, 큐의 링크

• CPU 문맥: 레지스터 스냅샷(PC, SP 등)
  (스위치 시 저장/복원)

• 메모리 관리: 페이지 테이블 주소, 코드/데이터/힙/스택 매타, 브레이크

• 열린 자원: 파일 디스크립터 테이블, 작업 디렉터리 소켓 등

• 계정/보안: UID/GID, 권한 마스크

• 프로세스 관계: 부모/자식 목록, 종료 코드

수명 주기

화무십일홍이라.

프로세스도 한번 흐드러지게 피었으면 다시 지기 마련이다

• NEW

  생성직후다 할당/디스패치 이전의 상태다

• READY

  실행 가능한 상태(주소 공간·자원 준비 완료), ready queue(준비 큐) 대기

• RUNNING

  CPU에서 실행 중

• BLOCKED/WAITENG

  I/O 대기, timer sleep 등 이벤트 기다리는 상태다

• TERMINATED

  종료 완(完)

그림으로 보기

---
config:
  layout: dagre
  look: neo
---
flowchart TD
    A["New<br>생성/수용됨"] --> n1["Ready<br>스케줄 대기 중"]
    B(["Running<br>실행 중"]) --> n2["Terminated<br>종료 됨"]
    B -- I/O 등 이벤트 대기 --> n3["Waiting<br>대기 중"]
    B L_B_n1_0@-- 시간 초과 --> n1
    n1 --> B
    n3 -- 이벤트 대기 종료 --> n1
    n1@{ shape: rounded}
    n2@{ shape: rect}
    n3@{ shape: rounded}
    L_B_n1_0@{ animation: none }

Admit (Admission): NEW → READY
Dispatch (Dispatcher): READY → RUNNING
Preemption / Time slice expired: RUNNING → READY
Block (I/O/event wait): RUNNING → WAITING
Wakeup (I/O complete/timer): WAITING → READY
Exit/Abort: RUNNING → TERMINATED

컨텍스트 스위치

CPU 하나로 프로그램 하나는 비효율적이기 그지 없다

이를 막기 위한 방법이다

정의

CPU 실행 주체를 하나의 스레드/프로세스에서 다른 스레드/프로세스로 바꾸는 것

스레드 전환(thread switch) 과 주소 공간이 바뀌는 프로세스 전환(process switch) 이 존재한다

일어나는 경우 (Triggers)

1) 선점 (Preemption)

• 정의:
  커널이 강제로 현재 스레드를 중단시키고 다른 스레드로 바꾸는 것

• 일어나는 경우 (Triggers)

  1. 타임 슬라이스(Time Slice)¹ 만료
     주기적 타이머 인터럽트(timer interrupt) 가 스레드의 실행 시간을 계측하다가 한도를 넘으면 선점

  2. 더 높은 우선순위 스레드가 READY 진입
     I/O 완료·thread_unblock() 등으로 높은 priority 스레드가 깨어나면 선점

2) 블로킹 (Blocking)

• 정의:
  스레드가 이벤트를 기다리기 위해 스스로 잠들어(BLOCKED) CPU를 내놓는 것

• 상태 전이:
  RUNNING → BLOCKED (즉시 컨텍스트 스위치 발생)
  이벤트가 오면 커널이 thread_unblock()으로 BLOCKED → READY

3) 양보 (Yield)

• 정의:
  현재 스레드가 자발적으로 CPU를 양보하고 레디 큐 마지막(or 정책상 위치)으로 들어감

• 사용처:
  같은 우선순위끼리 라운드로빈(Round-Robin)² 공정성을 유지하거나, 잠깐 다른 일을 먼저 돌리고 싶을 때

• 상태 전이:
  RUNNING → READY (컨텍스트 스위치 발생)

4) 인터럽트 반환 (Interrupt Return)

• 정의:
  인터럽트 처리를 마치고 원래 실행 맥락으로 돌아가기 직전의 시점
  이때 “더 급한 스레드가 생겼다”는 신호가 있으면,
  복귀 대신 스케줄러로 분기해 컨텍스트 스위치를 수행

• ISR(인터럽트 서비스 루틴)³ 내부에서 긴 스케줄링·전환 없이,
  안전한 리턴 지점에서 선점을 적용하기 위한 표준 패턴

• 단순 원인 이라기보다는 스위치를 실행하는 타이밍/메커니즘에 가깝다

쿼터(quota)

빨리 반응해야 하기에 코드가 길어지면 안됨 (인터럽트 반환 따로 처리하는 이유)
그렇기에 최소 처리만 하고 무거운 일/스케줄링은 인터럽트 반환 시점(yield-on-return 등)으로 미룬다