[운영체제] 프로세스(Process)란?

🤔 프로세스 Process 란 무엇인가?

• 프로세스는 프로그램이 실행되는 인스턴스이다.
• 프로그램과 프로세스의 관계는 마치 자바의 Class - Object 개념과 비슷하다.
  • Class가 프로그램과 같이 짜야진 틀이며, Object는 프로세스와 같이 그 class를 실행하고 있는 상태의 것이다.
• Protection의 기본단위이다. 운영체제는 프로세스를 기준으로 접근권한을 나누게 된다.
• 프로세스는 process ID, 고유의 PID를 가지며 이 값으로 프로세스를 특정할 수 있다.프로세스를 실행한다면?

하드디스크 등에 기억장치에 저장된 프로그램을 실행시키면 메모리에 프로세스가 로딩되게 된다. 위 그림은 실행 중인 프로세스의 메모리맵 (상태)를 간략하게 나타내었다. 프로세스는 고유의 메모리 공간을 가지게 된다.

💡 프로세스의 생성

프로그램을 실행하여 프로세스를 생성할때에 컴퓨터에서는 아래와 같은 일련의 단계를 거치게 된다.

1. 프로세스에 할당된 메모리 공간에 프로그램이 로딩된다

프로그램은 디스크 공간에 실행가능한 포맷으로 존재하고 있다OS는 프로세스를 게으르게 lazily 하게 불러온다 (프로그램을 실행하면서 동적으로 코드나 데이터의 조각을 불러들인다는 뜻)

2. 프로그램의 런타임 스택 stack이 할당된다

프로그램의 스택은 지역 변수, 함수 인자들 그리고 반환 주소 값등을 저장하는 용도로 사용되게 된다

main() 함수의 argc 와 argv 배열등이 스택에 저장되어 전달된다

3. 프로그램의 힙 heap이 생성된다

힙은 동적으로 할당된는 데이터를 저장하는데 이용된다

malloc()과 같은 함수로 동적할당을 요청하고, free()와 같은 함수로 할당 해제할 수 있다

4. OS가 다른 여러가지 일들을 초기화한다

입출력 IO 를 설정한다. 각 프로세스는 3가지 파일 디스크립터 file descriptor들을 설정한다. (stdinp, stdout, stderr) 그리고 main() 이라는 시작점에서 부터 프로그램을 실행한다

💡 프로세스의 상태

프로세스는 기본적으로 세 가지 상태를 가진다.

1. Running
   • 프로세스가 프로세서에 의하여 실행 중인 상태
2. Ready
   • 프로세스가 실행할 준비가 되었지만 어떠한 이유로 인해 OS가 프로세스를 실행하지 않은 상태
3. Blocked
   • 어떠한 요청을 보내고 기다리기 위해 대기하는 상태
   • 프로새스가 I/O 요청을 디스크로 보냈을때, 다른 프로세스가 프로세서를 사용할 수 있도록 blocked 상태로 만든다

💡 프로세스의 종료

프로세스가 종료되는 경우는 아래와 같이 여러가지 경우가 있다.

1. Normal exit

return 문에 의하여 자연스럽게 종료되는 경우. 자원적으로 종료되므로 voluntary하다.

2. Error exit

마찬가지로 return 문에 의하여 종료되지만, 에러처리를 위해 -1 과 같은 값을 반환하여 에러처리하는 경우이다.

3. Fatal error

Segmentation fault, protection fault 또는 할당 메모리 초과 등의 이유로 강제 종료 당하는 경우이다. 당연히 involuntary하다.

4. Killed by another process

외부 프로세스(신호)로 인해 종료당할 수 있다.예로 터미널에서 Ctrl + C 와 같이 종료 시그널을 보내는 경우이다.

프로세스가 종료되었지만, 점유하고 있던 자원등이 그대로 남아 Zombie 프로세스로 남아있는 경우 또한 존재한다.

💡 프로세스의 구현

실제로 프로세스를 운영체제에서 구현하기 위해서는 관련 정보를 저장하기 위한 자료구조가 필요하다.프로세스의 모든 정보를 집합한 자료구조를 Process Control Block (PCB) 라고 부른다.

CPU 레지스터, PID, PPID, 프로세스 그룹, 우선순위, CPU 스케줄링정보, IO 상태등등 이 들어간다.

리눅스에서는 task_struct 의 구조체에 이러한 정보들이 저장된다.