운영 체제는 각 프로세스에 대해 어떤 정보를 유지하는가?

운영 체제는 프로세스의 저장된 레지스터 및 프로그램 카운터, 메모리 매핑, 스케줄링 상태 및 우선순위, 열린 파일, 계정 및 ID 정보를 기록하는 프로세스 제어 블록을 유지합니다. 이는 프로세스를 일시 중단하고 나중에 중단된 지점에서 정확히 다시 시작하는 데 필요한 모든 정보입니다.

스레드 간 전환이 프로세스 간 전환보다 저렴한 이유는 무엇인가?

프로세스 내의 스레드는 동일한 주소 공간과 자원을 공유하므로, 스레드 간 전환은 메모리 매핑 변경을 필요로 하지 않습니다. 프로세스 간 전환은 추가적으로 주소 공간을 변경하고 변환 캐시를 플러시할 수 있으므로 더 많은 비용이 듭니다.

프로세스 및 스레드 관리

프로세스 및 스레드 관리는 운영 체제가 실행 단위(고유한 주소 공간을 가진 프로세스와 이를 공유하는 스레드)를 생성, 스케줄링 및 해체하고, 이들 사이에서 프로세서를 전환하는 방식입니다.

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Definition

프로세스 및 스레드 관리는 실행 중인 프로그램을 프로세스 및 스레드로 나타내고, 실행 상태를 유지하며, 생성 및 종료하고, 컨텍스트를 보존 및 복원하면서 프로세서 간에 전환하는 운영 체제 메커니즘을 포함합니다.

Scope

이 주제는 프로세스 추상화 및 수명 주기, 프로세스 제어 블록, 프로세스 생성 및 종료, 스레드 및 다중 스레딩 모델, 컨텍스트 전환, 프로세스 간 통신을 다룹니다. 다음으로 실행될 준비된 작업의 정책(CPU 스케줄링)과 공유 데이터의 조정(운영 체제 일반에서 다루는 동시성)은 제외하며, 실행을 나타내고 관리하는 구조에 중점을 둡니다.

Core questions

운영 체제는 각 프로세스 및 스레드에 대해 어떤 상태를 유지해야 하는가?
프로세스는 어떻게 생성되며, 스레드는 프로세스와 어떻게 다른가?
컨텍스트 전환 중에 무슨 일이 발생하며, 그 비용은 얼마인가?
프로세스는 주소 공간을 넘어 어떻게 통신하고 조정하는가?

Key concepts

프로세스 및 프로세스 제어 블록
프로세스 상태 및 수명 주기
스레드 및 다중 스레딩
사용자 수준 스레드 대 커널 수준 스레드
컨텍스트 전환
fork 및 exec
프로세스 간 통신
프로세스 격리

Key theories

프로세스 추상화: 운영 체제는 각 실행 중인 프로그램을 고유한 주소 공간과 프로세스 제어 블록에 저장된 실행 컨텍스트를 가진 프로세스로 나타내어 격리, 스케줄링 및 프로세서의 제어된 공유를 가능하게 합니다.

Mechanisms

각 프로세스는 레지스터, 메모리 매핑, 열린 파일 및 스케줄링 상태를 포함하는 프로세스 제어 블록으로 설명됩니다. 시스템은 프로세스를 생성하고(예: fork 및 exec을 통해), 상태(새로 생성됨, 준비, 실행 중, 대기, 종료됨)를 전환하며, 하나의 컨텍스트를 저장하고 다른 컨텍스트를 복원하여 프로세스 간에 전환합니다. 스레드는 프로세스의 주소 공간을 공유하므로 전환 비용이 저렴하지만 동기화가 필요합니다. 프로세스 간 통신은 파이프, 메시지 또는 공유 메모리를 사용합니다.

Clinical relevance

프로세스 및 스레드 관리는 모든 최신 시스템에서 멀티태스킹의 기반이 됩니다. 프로세스 격리는 보안 및 안정성의 초석이며, 스레드는 반응성이 뛰어나고 병렬적인 애플리케이션을 가능하게 합니다. 컨텍스트 전환 및 프로세스 간 통신의 비용은 서버, 런타임 및 동시성 소프트웨어의 설계를 형성합니다.

History

프로세스 개념은 1960년대 다중 프로그래밍 및 시분할 시스템과 함께 성숙했으며, UNIX는 오늘날 널리 사용되는 fork/exec 모델과 프로세스 추상화를 확립했습니다. 스레드는 멀티프로세서를 활용하고 반응성을 개선하기 위해 추가되었으며, POSIX 스레드와 같은 표준은 사용자에게 보이는 스레딩을 공식화했습니다.

Debates

사용자 수준 스레드 대 커널 수준 스레드: 사용자 수준 스레드는 관리가 저렴하지만 코어 간에 독립적으로 스케줄링될 수 없으며 차단 호출 시 전체 프로세스를 차단합니다. 반면 커널 수준 스레드는 더 높은 오버헤드로 스케줄러와 통합됩니다. 하이브리드 모델은 이러한 장점을 결합하려고 시도합니다.

Key figures

Ken Thompson
Dennis Ritchie
Per Brinch Hansen
Abraham Silberschatz
Andrew S. Tanenbaum

Seminal works

silberschatz2018
tanenbaum2014os

Frequently asked questions

운영 체제는 각 프로세스에 대해 어떤 정보를 유지하는가?: 운영 체제는 프로세스의 저장된 레지스터 및 프로그램 카운터, 메모리 매핑, 스케줄링 상태 및 우선순위, 열린 파일, 계정 및 ID 정보를 기록하는 프로세스 제어 블록을 유지합니다. 이는 프로세스를 일시 중단하고 나중에 중단된 지점에서 정확히 다시 시작하는 데 필요한 모든 정보입니다.
스레드 간 전환이 프로세스 간 전환보다 저렴한 이유는 무엇인가?: 프로세스 내의 스레드는 동일한 주소 공간과 자원을 공유하므로, 스레드 간 전환은 메모리 매핑 변경을 필요로 하지 않습니다. 프로세스 간 전환은 추가적으로 주소 공간을 변경하고 변환 캐시를 플러시할 수 있으므로 더 많은 비용이 듭니다.