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2022 01 19

2022-01-19

운영체제 - 프로세스 스케줄링

  • 앞선 뉴스레터에서 프로세스란 실행 중인 프로그램 이라고 정의했어요. 이때 프로그램이 실행 중이란 것은 프로세스의 명령어가 CPU 코어에서 처리됨을 뜻하는데요. 여기서 한 가지 의문이 생겨요. 우리는 프로그램을 수십 개씩 실행할 수 있지만, 컴퓨터엔 그만큼의 CPU 코어가 달려있진 않잖아요. 수십 개의 프로세스들이 어떻게 컴퓨터에서 실행될 수 있는 걸까요? 🤔
  • CPU 코어는 한 번에 하나의 프로세스만을 실행할 수 있어요. 따라서 우리가 프로세스들이 동시에 실행된다고 느끼는 것은, 사실 CPU 코어가 실행하는 프로세스를 빈번하게 바꿔주는 것이에요. CPU 스케줄러가 준비 큐에 있는 프로세스 중 하나를 선택하여 CPU 코어에 할당하고 이를 빠르게 반복하는 것이죠. 준비 큐? CPU 스케줄러? 생소한 용어가 많이 나왔는데요! 하나씩 천천히 알아가봐요. 💪

  • 앞선 뉴스레터에서 프로세스는 총 5가지 상태 (생성/실행/준비/대기/종료) 중 하나를 가진다고 알아봤어요. 프로세스의 생애 주기를 한 번 같이 따라가 보면서 준비 큐와 대기 큐의 역할을 알아봐요!

    • 프로그램이 실행되면서 프로세스가 생성 상태가 되어요.
    • 프로세스 실행에 필요한 정보들이 stack/heap/data/code 영역으로써 메모리 공간을 할당받고, 프로세스의 정보를 담은 PCB 블록이 생성되어요.
    • 프로세스가 준비 상태가 되어 준비 큐에 들어가요. 준비 큐에서 CPU 코어에 할당될 순서를 기다려요.
    • 드디어 프로세스가 기다림 끝에 CPU 코어에 할당되었어요. 이때 프로세스는 실행 상태가 되어요.
    • 프로세스가 실행되던 중 인터럽트(외부 입출력 장치로부터 요청)가 발생했어요.
    • 프로세스는 대기 상태로 전환되고, 대기 큐에 할당되어 인터럽트가 완료되기를 기다려요.
    • 프로세스가 종료되면 종료 상태로 전환되어요. 모든 큐에서 제거되고, PCB와 메모리에 할당되었던 자원들이 반환되어요.
  • CPU 스케줄러의 역할은 준비 큐에 있는 프로세스 중 하나를 선택해 CPU 코어에 할당하는 것이에요. CPU 스케줄러는 여러 개의 프로세스가 빠르게 번갈아 가며 실행될 수 있도록, 계속해서 CPU 코어에 새로운 프로세스를 할당시켜줘야 해요. 통상적으로 적어도 100밀리초마다 한 번씩은 새로운 프로세스를 할당한다고 해요.
  • CPU 코어에 새로운 프로세스를 할당할 때, 이전에 실행되던 프로세스가 어디까지 실행되었는지 저장해둬야겠죠? 이때 저장하는 정보를 문맥(Context) 이라고 불러요. 문맥은 PCB에 저장되며, CPU 레지스터의 값, 프로세스 상태, 메모리 관리 정보 등을 포함해요. 이에 따라 CPU 코어에 새로운 프로세스를 할당하는 것을 문맥 교환(Context Switch) 이라고 불러요. 프로세스 A에서 프로세스 B로 문맥 전환이 일어난다면, 프로세스 A의 PCB에 프로세스 A의 현재 문맥을 저장하고, 프로세스 B의 PCB에서 저장된 문맥을 불러와 CPU 코어에서 실행되는 과정을 거치게 되어요!

Process vs Thread 테코톡

  • 참고: https://www.youtube.com/watch?v=1grtWKqTn50&t=138s
  • 키워드
    • 실행 단위 : CPU 코어에서 실행하는 하나의 단위로 프로세스/스레드를 포괄하는 개념
    • 프로세스 : 하나의 스레드만 가지는 단일 스레드 프로세스
    • 동시성 : 한 순간에 여러가지 일 X, 짧은 전환으로 여러 일을 동시에 처리하는 것 처럼 보이는 것
  • 프로그램과 프로세스
    • 프로그램 -> 프로세스
      • 필요로 하는 재료들이 메모리에 올라감... code/data/heap/stack 영역으로 나뉘어서 메모리 공간을 확보
      • 해당 프로세스에 대한 정보 담은 PCB 블록이 생성... Pointer, State, PID, Program Counter
  • Process & Thread
    • 다수 프로세스 동시에 실행하기 위해선 짧은 텀을 반복하면서 전환해서 실행
    • 쓰레드 == 경량화된 프로세스
      • 쓰레드에서는 프로세스의 공유 부분이 존재
  • 멀티 프로세스 & 멀티 쓰레드 (처리 방식의 일종... SW에 가까움)
    • 멀티 쓰레드의 단점
      • 긴밀한 연결로 인해 하나의 쓰레드에서 문제가 생기면 전체 프로세스가 뇌절
    • 따라서 구글 크롬이 멀티 프로세스로 동작
      • 멀티탭들 간에 영향이 덜 가!
  • 멀티 코어 (HW에 가까움)
    • 동시성: 하나의 코어에서 빨리 여러 프로세스/쓰레드가 번갈아가며 실행
    • 병렬처리: 둘 이상의 코어에서 하나 이상의 프로세스가 한꺼번에 진행되는 것