[운영체제/OS] 프로세스 관련 system call

"KOCW - 반효경 교수님의 운영체제" 를 듣고 정리한 내용입니다.

Process Management

프로세스 생성 (Process Creation)

• 부모 프로세스가 자식 프로세스 복제 생성 (모든 문맥)
  • 프로세스의 계층 구조 형성
  • COW (Copy-on-Write)
  • 사실 자식 프로세스가 생성될 때 바로 복제하는 것이 아니다. 부모 프로세스의 것을 공유하고 있다가 내용이 바뀌었을 때, 즉 write 시 복제한다.
• 프로세스는 자원을 필요로 함
  • 운영체제로부터 받거나 부모와 공유
• 자원의 공유
  1. 부모와 자식이 모든 자원을 공유하는 모델
  2. 일부를 공유하는 모델
  3. 전혀 공유하지 않는 모델
• 수행 (Execution)
  1. 부모와 자식이 공존하며 수행되는 모델
  2. 자식이 종료될 때까지 부모가 기다리는(wait) 모델
• 주소 공간 (Address space)
  • 자식 프로세스는 부모 프로세스의 공간을 복사 (binary and OS data)
  • 자식 프로세스는 복제된 공간에 새로운 프로그램을 올림
• 유닉스의 예
  • fork() : 부모 프로세스를 복제
  • exec() : 새로운 프로그램을 덮어씌우기
  둘 다 시스템콜이기 때문에 운영체제를 통해서만 생성이 가능하다.

프로세스 종료 (Process Termination)

프로세스 세계에서는 부모보다 자식이 먼저 죽는 것이 원칙이다.

• 프로세스가 마지막 명령을 수행한 후 운영체제에게 이를 알려줌 (exit) → 자발적 종료
  • 자식 프로세스가 부모 프로세스에게 output data를 보냄
  • 프로세스의 각종 자원들이 운영체제에게 반납됨
• 부모 프로세스가 자식의 수행을 종료시킴 (abort) → 비자발적 종료
  1. 자식이 할당 자원의 한계치를 넘어선 경우
  2. 자식에게 할당된 태스트가 더이상 필요하지 않은 경우
  3. 부모가 종료(exit)하는 경우
     • 단계적인 종료

fork() 시스템콜

• A process is created by the fork() system call

int main() {
    int pid;
    pid = fork();

    if (pid == 0)
        printf("\n Hello, I am child !\n");
    else if (pid < 0)
        printf("\n Hello, I am parent !\n");
}

자식 프로세스는 부모 프로세스의 문맥을 그대로 복제한다. 부모 프로세스의 program counter도 그대로 가져오기 때문에 생성된 자식 프로세스는 main() 함수 처음부터 실행하는 것이 아닌 fork() 이후부터 실행된다.

• 부모 프로세스의 fork() return value : 자식 프로세스 PID (Process ID)
• 자식 프로세스의 fork() return value : 0

exec() 시스템콜

• A process can execute a different program by the exec() system call

int main() {
    int pid;
    pid = fork();

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

부모 프로세스가 자식 프로세스를 만들고, 자식 프로세스는 execlp() 함수를 만나 새로운 프로그램을 실행하여 되돌아오지 않는다. exec() 을 꼭 자식 프로세스를 만들고 할 필요는 없다.

wait() 시스템콜

• 프로세스 A가 wait() 호출 시
  1. 커널은 자식 프로세스가 종료될 때까지 프로세스 A를 sleep 시킴 (Blocked)
  2. 자식 프로세스가 종료되면 커널은 프로세스 A를 깨움 (Ready)

exit() 시스템콜

• 프로세스의 종료
  • 자발적 종료
    • 마지막 문장 수행 후 exit() 시스템콜을 통해 종료
  • 비자발적 종료
    • 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료
    • 키보드로 kill, break 등을 입력한 경우
    • 부모가 종료하는 경우

프로세스 간 협력

• 독립적 프로세스 (Independent process)
  • 프로세스는 각자의 주소 공간을 가진 채 수행되므로 원친적으로 다른 프로세스의 수행에 영향을 미치지 못함
• 협력 프로세스 (Cooperating process)
  • 하나의 프로세스가 다른 프로세스의 수행에 영향을 미칠 수 있음
• 프로세스 간 협력 메커니즘 (IPC, Interprocess Communication)
  1. 메시지를 전달하는 방법
     • message passing : 커널을 통해 메시지 전달
  2. 주소 공간을 공유하는 방법
     • shared memory : 서로 다른 프로세스 간에도 일부 주소 공간을 공유하는 메커니즘

•  

(사진 출처 - 티스토리)

Message Passing

1. Direct Communication
   • 통신하려는 프로세스의 이름을 명시적으로 표시
2. Indirect Communication
   • mailbox 혹은 port를 통해 메시지를 간접 전달

어쨌든 두 방법 모두 커널을 통해 메시지를 전달한다.

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참고

• KOCW - 운영체제