[OS] 프로그램/프로세스/스레드/컨텍스트 스위칭

프로그램

• 실행되고 있지 않은(메모리에 올라가 있지 않은) 정적인 상태의 명령어 집합체

프로세스

• 운영체제로부터 자원을 할당 받아 실행 중인 동적인 상태의 프로그램
• 운영체제 작업의 최소 단위
• 최소 1개 이상의 스레드로 구성
• 메모리 구조
  • 코드 영역
    • 기계어 형태의 명령어 코드가 저장
    • CPU가 명령어를 하나씩 가져와서 처리
  • 데이터 역역
    • 전역 변수와 정적 변수가 저장
    • 프로그램 시작 시 할당되어 종료 시 소멸
    • 컴파일 타임에 크기가 결정
  • 스택 영역
    • 함수 복귀 주소, 지역변수, 매개변수, 리턴 값 등이 임시로 저장
    • 함수 호출 시 할당되고 반환 시 소멸
    • 컴파일 타임에 크기가 결정
  • 힙 영역
    • 동적 데이터 영역
    • 컴파일 타임에 크기가 결정
    • 상태
  • 
  • new
    • 생성 중
  • ready
    • 실행 준비가 끝난 상태에서 프로세서에 할당되기를 대기
  • running
    • 프로세스가 프로세서를 차지하여 명령어들을 실행 중
  • waiting
    • I/O, signal 등의 이벤트를 대기 중
  • terminated
    • 종료
• 통신 방법
  • IPC(Inter Process Communication)
  • LPC(Local inter-Process Communication)
  • shared memory
• 프로세스 제어 블록(PCB, Process Control Block)
  • 운영체제가 프로세스 관리하기 위해 필요한 정보를 지닌 운영체제 커널의 자료 구조
  • 작업 제어 블록(TCB, Task Control Block)라고도 불림
  • 정보
    • 식별자
    • 상태
    • 프로그램 계수기
    • 레지스터
    • 스케줄링 정보
    • 메모리 관리 정보
    • 프로세스 계정 정보
    • 입출력 상태 정보

스레드

• 프로세스가 할당 받은 자원을 이용하는 CPU 작업의 최소 단위
• 레지스터, 스택 영역외에는 프로세스와 공유

프로세스 VS 스레드

• 생성 비용
  • 스택 영역만 새로 할당받으면 되는 스레드의 생성 비용이 낮음
• 자원 비용
  • 스택 영역외의 메모리를 공유하는 스레드의 자원 비용이 낮음
• 통신 비용
  • 프로세스간의 공유되는 메모리가 없으므로 통신 비용 증가
  • 스레드는 같은 이유로 인해 병목 현상, 데드락 등의 문제를 수반
• 비정상 종료 시 영향 범위
  • 프로세스
    • 공유 파일 등의 손상을 제외하면 거의 없음
  • 스레드
    • 프로세스가 비정상 종료
      • 즉 모든 스레드가 비정상 종료
• 컨텍스트 스위칭
  • 프로세스의 경우 공유하는 데이터가 없어서 레지스터, 캐시 메모리의 많은 부분이 스위칭되어야 하므로 느림
  • 스레드는 스택을 제외한 나머지를 공유하므로 스위칭 속도가 빠름

컨텍스트 스위칭

• 인터럽트 요청에 의해 현재 실행 중인 프로세스의 컨텍스트(상태, 레지스터 값)와 실행해야 할 프로세스의 컨텍스트가 전환되는 과정