4. Process Management

Process Management

프로세스 생성

• 부모 프로세스가 자식 프로세스 생성
• 프로세스의 Tree(계층 구조) 형성
• 프로세스는 자원을 필요로 함
  • 운영체제로 부터 받음
  • 부모와 공유
• 자원의 공유
  1. 부모와 지식이 모든 자원을 공유하는 모델
  2. 일부를 공유하는 모델
  3. 전혀 공유하지 않는 모델(common)
• 수행(Execution)
  • 부모와 자식이 공존하며 수행되는 모델
  • 자식이 종료될 때 까지 부모가 기다리는 모델
• 주소 공간(Address space)
  • 자식은 부모의 공간을 복사(binary & OS data)
  • 자식은 그 공간에 새로운 프로그램을 올림
• UNIX의 예
  • fork() 시스템 콜이 새로운 프로세스 생성
    • 부모를 그대로 복사 (binary + OS data except PID)
    • 주소 공간 할당
  • fork 다음에 이어지는 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올림

프로세스 종료

• 자발적: 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후, 운영체제에게 이를 알려줌(exit)
  • 자식이 부모에게 output data를 보냄(via wait)
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨
• 비자발적: 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴(abort)
  • 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어섬
  • 자식에게 할당된 Task가 더 이상 필요하지 않음
  • 부모가 종료(exit)하는 경우
    • 운영체제는 부모 프로세스가 종료하는 경우 자식이 더 이상 수행되도록 두지 않음
    • 단계적 종료: 최하단 자식 프로세스부터 윗 단계로 단계적 종료

fork() 시스템 콜

• A process is created by the fork() system call
• create a new address space that is a duplicate of the caller
• 자식 프로세스는 fork() 이후부터의 프로그램 실행
  • 부모 프로세스의 문맥(PC)이 fork() 실행 이후로 저장되기 때문!

int main()
{
    int pid;
    pid = fork();
    if (pid == 0) // this is child
        printf("\n Hello, I am child!\n");
    else if (pid > 0) // this is parent
        printf("\n Hello, I am parent!\n");
}

exec() 시스템 콜

• A process can execute a different program by the exec() system call
• replaces the memory image of the caller with a new program

int main()
{
    int pid;
    pid = fork();
    if (pid == 0) // this is child
    {
        printf("\n Hello, I am child! Now I'll run date \n");
        execlp("/bin/date", "/bin/date", (char *) 0);
    }
    else if (pid > 0) // this is parent
        printf("\n Hello, I am parent\n");
}

• 반드시 자식을 만들어서 exec()을 할 필요는 없음
  • 부모 프로세스도 exec()으로 다른 프로그램 실행 가능

int main()
{
    printf("\n Hello! Now I'll run date \n");
    execlp("/bin/date", "/bin/date", (char *) 0);
    printf("\n Hello! I am back!\n");
}

• 위 예제에서 exec()으로 완전히 다른 프로그램으로 바뀌었기 때문에 3번 째 printf문은 실행되지 않음

wait() 시스템 콜

• 프로세스 A가 wait() 시스템 콜을 호출하면,
  • kernel은 child가 종료될 때 까지 프로세스 A를 sleep 시킴(Blocked)
  • Child 프로세스가 종료되면 kernel은 프로세스 A를 깨움(Ready)
• 쉘에서 프로그램을 실행시키는 것이 wait() 시스템 콜의 예
  • 쉘이 프로그램을 자식 프로세스로 실행시키고,
  • 해당 프로세스가 종료될 때 까지 wait()

exit() 시스템 콜

• 자발적 종료
  • 마지막 statement 수행 후, exit() 시스템 콜을 통해
  • 프로그램에 명시적으로 적어주지 않더라도 main 함수가 return 되는 위치에 컴파일러가 넣어줌
• 비자발적 종료
  • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료
    • 자식 프로세스가 한계치를 넘엇는 자원 요청
    • 자식에게 할당된 Task가 더 이상 필요하지 않음
  • 키보드로 kill, break 등을 입력한 경우
  • 부모가 종료하는 경우
    • 부모 프로세스가 종료하기 전에 자식들이 먼저 종료됨

프로세스 간 협력

• 독립적 프로세스
  • 프로세스는 각자의 주소 공간을 가지고 수행되므로 원칙적으로 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함
• 협력 프로세스
  • 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 간 일부 주소 공간을 공유하게 하는 메커니즘
    • shared memory의 사용을 위해서는 해당 프로세스들이 신뢰할 수 있는 관계여야 함
• Thread는 사실상 하나의 프로세스이므로 프로세스 간 협력으로 보기는 어렵지만 동일한 프로세스를 구성하는 Thread들 간에는 주소 공간을 공유하므로 협력이 가능

Message Passing

• Message system
• 프로세스 사이에 공유 변수를 일체 사용하지 않고 kernel을 통해 통신하는 시스템