운영체제 6주차부산가톨릭 대학교, 컴퓨터공학과

변상선

Process concept• 프로세스

• 사용자로부터 실행 요청을 받은 프로그램

• A program in execution

• 하나의 프로그램이 여러 프로세스로 구성 될 수 있음

• 프로세스 구성 요소

• Program code

• PCB (process control block)

• Program counter, registers, etc.

• Stack

• Heap

• Data section => global variable

Process in memory

Process state• New

• 프로세스가 생성되고 있는 상태

• Running

• 프로세서에 의해 현재 실행중인 상태

• Waiting

• 프로세스가 다른 어떤 상태가 발생하기를 기다리고 있는 상태

• Ready

• 프로세서에 의해 실행 될 수 있는 상태

• Terminated

• 실행이 종료된 상태

• Zombie (또는 defunct)

• 리눅스: 자식 프로세스는 종료가 되었으나, 부모 프로세스가 wait() 시스템 콜을 통해 자식 프로세스의 종료를 리턴 받지 않은 경우, 종료는 되었으나 계속해서 운영체제의 프로세스로 관리

Process state transition

PCB

• Process table, task control block

• Process state - running, waiting, etc.

• Program counter

• CPU registers - 이 프로세스가 사용하는 레지스터의 현재 값들

• Scheduling 정보 - 우선순위

• Memory 정보 - 프로세스에게 할당된 메모리 정보

• Accouting information - CPU 사용시간, 실행 시간

• I/O status - 사용중인 (이 프로세스에 의해 open된) 입출력 장치, 파일

CPU switch from process to process

인터럽트 또는 시스템 콜 수행

Threads

• 하나의 최소 실행단위

• 하나의 프로세스 내에서 문맥의 전환없이 실행되는 최소단위

• Single-threaded vs. multi-threaded

Process scheduling• 스케쥴링 정책에 의해 다음에 실행되어질 프로세스를 선택

• Long-term scheduling & short-term scheduling

• 현재 실행중인 프로세스를 필요시 선점 (preemption)

• 프로세스들의 큐를 관리

• Job queue - 시스템에 있는 모든 프로세스

• Ready queue (run queue) - 실행 가능한 모든 프로세스

• Wait queue (device queue) - I/O나 어떤 이벤트를 기다리는 프로세스

• 프로세스의 상태에 따라서 큐와 큐를 오감

Ready queue and various I/O device queues

Representation of process scheduling

Wait queue에서 대기

선점되는 경우 곧바로 ready queue로 이동

Scheduler• Long-term scheduler (or job scheduler)

• Ready queue로 추가할 프로세스 선택

• Short-term scheduler (or CPU scheduler)

• CPU를 사용할 프로세스를 ready queue에서 선택

• 따라서, STS가 훨씬 빈번하게 수행

• I/O bound process, CPU-bound process

• LTS 의 역할이 두 종류의 프로세스들을 적당히 섞어서 ready queue에 삽입

• 컴퓨터 시스템 전반 (CPU와 I/O)의 성능을 극대화

Context switch

• CPU가 현재 실행중인 프로세스의 실행을 중단하고 다른 프로세스를 실행하는 것

• 다른 프로세스로 실행을 넘어가기전에 직전에 수행했던 프로세스의 상태를 PCB에 저장

• Context switch는 overhead

• 너무 잦은 switch는 자제

• 모드 전환, 캐쉬 플러쉬, 페이지 테이블 전환 등

Process creation• 일반적으로 부모 프로세스가 자식 프로세스를 생성 => fork

• 예) 리눅스의 ‘init’ 프로세스 =>리눅스가 부팅되면 생성되는 최초의 프로세스 => 다른 모든 프로세스는 이 프로세스로부터 fork

• 생성되면 pid를 부여

• 자원 공유

• 부모 프로세스의 모든 자원을

• 완전히 공유

• 일부만 공유

• 전혀 공유 X

• 실행• 부모프로세스와 병렬적 (concurrently)으로 실행

• 자식프로세스가 종료될 때까지 부모는 수행을 멈추고 기다림 (wait)

Process tree in Linuxinit

pid = 1

sshdpid = 3028

loginpid = 8415

kthreaddpid = 2

sshdpid = 3610

pdflushpid = 200

khelperpid = 6

tcschpid = 4005

emacspid = 9204

bashpid = 8416

pspid = 9298

Process creation• 주소 공간

• UNIX 시스템

• fork ()

• 새로운 주소공간과 프로세스 테이블 생성

• 부모 프로세스가 자식 프로세스로 그대로 복사되어 동시에 실행

• exec(“프로세스 이름”)

• 부모 프로세스의 주소공간에서 “프로세스 이름”으로 명시된 프로세스가 실행

• fork() => exec(“프로세스 이름”)

• 새로운 주소공간에서 “프로세스 이름”으로 명시된 프로세스가 실행

Process creation• fork() 시스템 콜

• #include <unistd.h> #include <stdio.h>int main() { pid_t pid; pid = fork(); if (pid > 0) printf (“I am the parent of pid=%d!\n”, pid); else if (!pid) printf(“I am the child!\n”); else if (pid == -1) printf(“Error\n”);}

Process creation• fork() => exec family

• #include <unistd.h> #include <stdio.h>int main() { pid_t pid; pid = fork(); if (pid == -1) printf(“Error\n”); if (!pid) { const char *args[] = {“vi”, NULL}; int ret; ret = execvp (“vi”, args); if (ret == -1) { printf(“Error\n”); exit (EXIT_FAILURE); } } }

Process termination• exit () 시스템 콜

• 부모 프로세스의 wait() 시스템 콜로 전달

• 자식 프로세스가 종료되는것을 기다리는 시스템 콜

• 부모 프로세스가 wait() 시스템 콜을 호출하지 않은 상태에서 자식 프로세스가 종료되면 자식 프로세스의 상태는 zombile state

• 프로세스가 사용했던 자원이 OS에 의해 해제됨

• abort() 시스템 콜

• 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제로 종료

Wait () 시스템 콜• #include <unistd.h>

#include <string.h> #include <stdio.h>int main() { int pid; pid = fork(); if (pid == 0) { sleep(5) exit(1); } else if (pid > 0) { getchar(); } }

• Zombie process 확인

• ps -ef | grep defunct | grep -v grep

• ps -ef | grep defunct | awk ‘{print $3}’ | xargs kill -9

Wait () 시스템 콜• #include <unistd.h>

#include <string.h> #include <stdio.h>int main() { int pid; int status; pid = fork(); if (pid == 0) { sleep(5) exit(1); } else if (pid > 0) { getchar(); pid = wait(&status); } }

• Zombie process 종료 확인

Interprocess communication (IPC)

• Cooperating processes

• 특정 목적을 위해 다수의 프로세스가 협조

• Information sharing, computation speed up, and synchronization

• Shared memory & message passing

process A

message queue

kernel

(a) (b)

process A

shared memory

kernel

process B

m0 m1 m2 ...m3 mn

process B

IPC• Shared memory

• 프로세스의 메모리 공간을 다른 프로세스와 공유

• 프로세스의 메모리 공간을 커널 영역으로 맵핑하여 다른 프로세스와 공유

• 사용자 프로세스에 의한 공유공간 관리

• Producer-consumer problem

• Message passing

• 커널 내부의 메시지 큐를 이용하여 IPC

• 커널에 의한 공유 공간 관리

• Pipe, Unix Domain Socket, Message Queue, Mail Box, Mail Slot

IPC - pipe

• #include <unistd.h> int pipe (int filedes[2]);

• One pipe for reading and the other for writing => half-duplex * Named pipe (stream pipe) => full-duplex

parent childfork

pipe

user

kernel

fd[0] fd[1] fd[0] fd[1]

IPC - pipe• #include <unistd.h>

#include <stdlib.h> #include <stdio.h>int main() { int n, fd[2]; pid_t pid; char line[100]; if (pipe(fd) < 0) { perror(“pipe error : “); exit(0); } if ((pid = fork()) < 0) { perror(“fork error:”); exit(0); }

• else if (pid > 0) { close(fd[0]); write(fd[1], “hello world\n”, 12); } else { close(fd[1]); n = read(fd[0], line, 100); printf(“Received from parent %s\n”, line); } exit(0);}

Synchronization

• Synchronization for IPC

• Blocking IPC (synchronous)

• 상대 프로세스의 receive 가 완료될 때까지 send의 완료가 block

• receive 할 메시지가 있는 경우에만 receive가 수행되고 완료

• Non-blocking IPC (asynchronous)

• send하고 바로 다음 작업 수행

• receive가 호출되면 메시지를 받든지 (받을 메시지가 있으면) null을 수신

Remote procedure call• Linux rpcgen

• JAVA RMI (remote method invocation)

• SOAP (simple object access protocol)

• Python Pyro

• Microsoft DCOM

HW #1

• 리눅스에서 fork() => exec() 를 사용하여 다음의 두 프로세스를 생성하고 결과를 출력하시오

• 부모 프로세스: 두 숫자를 입력받아 두 숫자 가운데 작은 수에서 큰 수까지 1씩 증가시켜가면서 모두 더 한후 결과 출력, 그리고 wait(), 예를 들어, 입력받은 두 수가 0과 100이면 0+1+2+3+…+100 의 결과를 출력

• 자식 프로세스: “Hello, system call” 문자열을 꺼꾸로 출력

• 제출물: 소스코드와 화면 출력 캡쳐

• Due date: 18 April