[OS_02,04] 프로세스 상태, 문맥교환

프로세스의 5가지 상태

1. 생성 (New)

• 프로세스가 생성된 상태지만, 운영체제에 의해 수행 가능한 프로세스 풀로 진입이 아직 허용되지 않은 프로세스
• 메모리 공간 할당, 프로세스 제어 블록(PCB) 생성 등 다양한 초기화 작업이 이루어짐

  2. 준비 (Ready)

• CPU 를 사용할 수 있는 기회가 주어지면 수행할 준비가 되어있는 프로세스
• 준비 상태의 프로세스는 준비 큐(Ready Queue)에서 대기하며, 스케줄러가 프로세스를 선택하여 CPU 를 할당할 때까지 기다림

  3. 실행 (Running)

• 현재 CPU를 사용하여 실행 중인 프로세스
• 프로세스의 명령어가 순차적으로 실행되며, 운영체제는 프로세스의 수행 상태를 지속적로 모니터링 함

  4. 대기 (Blocked)

• 특정 이벤트(I/O 작업 완료 등)가 발생할 때까지 수행될 수 없는 프로세스
• 프로세스는 블록 큐(Block Queue)에 들어가며, 이벤트가 발생하여 입출력 작업이 완료되면 다시 준비 상태로 전환되며, 이 상태에서는 CPU를 사용하지 않으며, 자원을 효율적으로 관리하기 위해 필요한 상태

  5. 완료 (Exit)

• 프로세스 수행이 중지되거나, 어떤 이유로 중단되었기 때문에 프로세스 풀에서 방출된 프로세스
• 프로세스가 정상적으로 실행을 완료했거나, 오류 또는 강제 종료로 인해 실행이 중지된 상태로, 운영체제가 프로세스의 자원을 해제하고 프로세스 제어 블록을 삭제함

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프로그램의 실행

프로세스 : 실행되고 있는 프로그램

프로그램의 실행 :

• 파일 시스템에 존재하던 실행파일이 메모리에 적재된다는 의미
• 프로그램이 CPU를 할당받고 명령을 실행하고 있는 상태

파일 시스템에 있는 실행 파일이 메모리에 적재될 때, 실행파일 전체가 메모리에 올라가지 않는다. 일부분만 메모리에 올라가고, 나머지는 디스크의 특정 영역인 스왑 영역에 존재한다.

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프로세스의 메모리 영역

프로세스 주소 공간은 code(text), data, heap, stack 영역으로 구성되어 있다.
이러한 주소 공간을 우리는 가상 메모리 (또는 논리적 메모리)라고 부른다.

Code 영역

실행할 프로그램의 코드가 저장된다. CPU는 이 영역에서 명령어를 하나씩 가져와 처리하게 된다.

Data 영역

전역 변수 또는 Static 변수 등 프로그램이 사용하는 데이터를 저장하는 공간
전역 변수 또는 static 값을 참조한 코드는 컴파일이 완료되면 data 영역의 주소값을 가르키도록 바뀐다.

Stack 영역

호출된 함수의 수행을 마치고 복귀할 주소 및 데이터(지역변수, 매개변수, 리턴값 등)를 임시로 저장하는 공간

Heap 영역

프로그래머가 필요할 때마다 사용하는 메모리 영역
heap 영역은 런타임에 결정되며 자바에서는 객체가 heap 영역에 생성되고 GC 에 의해 정리된다.

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문맥 교환(Context Switching)이란?

CPU 가 현재 작업 중인 프로세스에서 다른 프로세스로 넘어갈 때 지금까지의 프로세스의 상태를 저장하고, 새 프로세스의 저장된 상태를 다시 적재하는 작업

언제 발생하는가?

1. 멀티태스킹
2. 인터럽트 핸들링
3. 사용자 모드와 커널 모드 간의 전환

멀티태스킹

- 실행 가능한 프로세스들이 운영체제의 스케줄러에 의해 조금씩 번갈아가며 수행되는 것
- 번갈아가며 프로세스가 CPU를 할당받는데, 이때 context switching 한다.

인터럽트 핸들링

- 컴퓨터 시스템에서 예외 상황이 발생했을 때 CPU에게 알려 처리할 수 있도록 하는 것

사용자가 커널 모드 전환

- 사용자 모드와 커널 모드 사이의 전환이 필요할 때 운영체제에 따라 문맥 교환 발생(필수x)