04. Process Management

in Category / OS

프로세스 생성(Process Creation), 프로세스 종료(Process Termination), 프로세스와 관련한 시스템콜, 프로세스 간 협력, Message Passing, Interprocess communication

1.프로세스 생성(Process Creation)

부모 프로세스(Parent Process)가 자식 프로세스(Child Process)를 생성

  • 프로세스의 트리(계층 구조) 형성
  • 프로세스는 자원을 필요로 함
    • 운영체제로부터 받는다.
    • 부모와 공유한다.
  • 자원의 공유
    • 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
    • 일부를 공유하는 모델
    • 전혀 공유하지 않는 모델
  • 수행(Execution)
    • 부모와 자식은 공존하며 수행되는 모델
    • 자식이 종료(Terminate)될 때까지 부모가 기다리는(Wait) 모델
  • 주소 공간(Address Space)
    • 자식은 부모의 공간을 복사함(Binary and OS data)
    • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림
  • 유닉스의 예
    • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스를 생성
      • 부모를 그대로 복사(OS data except PID + Binary)
      • 주소 공간 할당
    • fork 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림

Copy-On-Write(COW)
부모 프로세스를 복사하여 자식 프로세스를 생성했을 때,
부모 프로세스를 그대로 복사하여 생성하면 메모리가 낭비되므로 초기에는 PC(Program Counter)만 복사하여 같은 곳을 바라보게한다. (부모와 자식이 자원을 공유)
그 이후 부모와 달라지는 부분이 생기면 그때서 새로 생성해서 사용한다.

2. 프로세스 종료(Process Termination)

  • 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌(exit)
    • 자식이 부모에게 output data를 보냄 (via wait)
    • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨.
  • 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료 시킴(abort)
    • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
    • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않음
    • 부모가 종료(exit)하는 경우
      • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않는다.
      • 단계적인 종료

3. 프로세스와 관련된 System Call

  • fork() : 부모 프로세스 복제하여 자식 프로세스 생성.
  • exec() : 새로운 프로그램으로 덮어 씌움.
  • wait() : block 상태로 보낸다. ready 상태로 깨운다.
  • exit() : 프로세스를 종료시킨다.

1) fork() 시스템 콜

fork() 시스템 콜에 의해 프로세스가 생성된다.

int main()
{
  int pid;
  pid = fork();

  /* this is child => Child Prcoess는 pid = 0 */
  if(pid == 0) 
    printf("\n Hello, I am child!\n");
  
  /* this is parent => Parent Process는 pid > 0 */
  else if (pid > 0) 
    printf("\n Hello, I am parent!\n");
}

forkFunction

순차적으로 실행 도중 fork()를 만나게 되면 새로운 프로세스를 생성한다.
자식 프로세스는 PC에 의해 fork 생성 다음 줄 부터 실행하게 된다.

* 문제점?

  1. 복제하면 누가 원본인가?
    => fork 함수의 리턴 value 값으로 구분이 가능!
    부모 프로세스는 양수 (자식 프로세스의 pid를 얻는다.)
    자식 프로세스는 0
    결국, 누가 원본인지 알 수 있다.

  2. 내용이 똑같으므로 똑같은 제어흐름을 따라가는가?
    => pid의 값을 가지고 제어 흐름을 다르게 설정할 수 있다.

2) exec() 시스템 콜

exec() 시스템 콜에 의해 다른 프로그램을 실행할 수 있다.

int main()
{
  int pid;
  pid = fork();

  /* this is child => Child Prcoess는 pid = 0 */
  if(pid == 0) 
  {
    printf("\n Hello, I am child! Now I'll run date \n");

    /* execlp(프로그램이름, 프로그램이름, 전달할 인자)
     date라는 새로운 프로그램으로 덮어쓴다. */
    execlp("/bin/date", "/bin/date", (char *) 0);
  }

  /* this is parent => Parent Process는 pid > 0 */
  else if (pid > 0) 
    printf("\n Hello, I am parent!\n");
}

forkFunction

ex) prinf(“1”);
execlp(“echo”,”echo”,”hello”,”3”,(char*) 0);
printf(“2”);
실행시 => 화면에 1이 출력되고 hello3 출력이 되고 종료됨.

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)

waitFunction

부모 프로세스가 자식 프로세스 종료되길 기다릴때 사용한다.
자식 프로세스가 종료되길 기다리면서 부모 프로세스는 block 상태가 되고,
자식 프로세스가 종료되면 부모 프로세스는 ready 상태가 된다.

4) exit() 시스템 콜

프로세스를 종료시킨다.

  • 자발적 종료
    마지막 statement 수행 후 exit() 시스템 콜을 통해
    프로그램에 명시적으로 적어주지 않아도 main 함수가
    리턴되는 위치에 컴파일러가 자동으로 넣어준다.
  • 비자발적 종료
    • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료 시킴.
      • 자식 프로세스가 한계치를 넘어서는 자원 요청 시
      • 자식에게 할당된 태스크가 더 이상 필요하지 않을 시
    • 키보드로 kill, break 등을 입력한 경우
    • 부모가 종료하는 경우
      부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료된다.

4. 프로세스 간 협력 (=통신)

  • 독립적 프로세스(Independent Process)
    프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원친적으로
    하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함.

  • 협력 프로세스(Cooperating Process)
    프로세스 협력 메커니즘을 통해 하나의 프로세스가 다른 프로세스의
    수행에 영향을 미칠 수 있음.

  • 프로세스 간 협력 메커니즘 (=IPC : InterProcess Communication)

    • 메시지를 전달하는 방법
      • Message Passing : 커널을 통해 메시지 전달
    • 주소 공간을 공유하는 방법
      • Shared Memory : 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유

cf) Thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는
어렵지만 동일한 Process를 구성하는 Thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로
협력이 가능하다.

1) Message Passing

프로세스 사이에 공유 변수(Shared Variable)를 일체 사용하지 않고
통신하는 시스템

messagepassing

2) Shared Memory

일부 주소 공간을 두 프로세스가 공유하는 방식.
처음에 Shared Memory를 쓰기 위해 커널에게 요청, 그 이후는 프로세스 끼리 통신
따라서 두 프로세스는 신뢰할 수 있는 관계에 있는 것이 중요하다.

Message Passing VS Shared Memory

mpVSsp

© 2019. All rights reserved.

Powered by Hydejack v8.4.0