Process Management

Process vs. Thread vs. Coroutine Process, Thread, Coroutine은 모두 프로그램 실행의 단위이지만, 각각 다른 특성과 용도를 가지고 있다. Process: 독립적인 실행 단위로, 자체 메모리 공간과 시스템 자원을 가진다. 다른 프로세스와 완전히 격리되어 있어 안정성이 높다. 생성과 전환에 많은 비용이 든다. Thread: 프로세스 내부의 실행 단위로, 같은 프로세스의 다른 스레드와 메모리를 공유한다. 프로세스보다 가볍고, 생성과 전환 비용이 적다. 동시성을 제공하지만, 동기화 문제에 주의해야 한다. Coroutine: 경량 스레드라고도 불리며, 스레드 내에서 실행되는 협력적 멀티태스킹 단위. 매우 가볍고, 생성과 전환 비용이 매우 적다. 비동기 프로그래밍을 단순화하고, 동시성을 효율적으로 관리한다. Process, Thread, Coroutine의 관계는 다음과 같이 계층적으로 표현할 수 있다: CPU > Core > Process > Thread > Coroutine ...

Process vs. Thread 프로세스: 독립적인 실행 단위로, 자체 메모리 공간과 시스템 자원을 가진다. 다른 프로세스와 완전히 격리되어 있어 안정성이 높다. 생성과 전환에 많은 비용이 든다. 스레드: 프로세스 내부의 실행 단위로, 같은 프로세스의 다른 스레드와 메모리를 공유한다. 프로세스보다 가볍고, 생성과 전환 비용이 적다. 동시성을 제공하지만, 동기화 문제에 주의해야 한다. https://www.geeksforgeeks.org/thread-in-operating-system/ Process vs. Thread 특성 Process Thread 정의 실행 중인 프로그램의 인스턴스 프로세스 내에서 실행되는 더 작은 실행 단위 메모리 공간 독립적인 메모리 공간 (코드, 데이터, 스택, 힙) 프로세스의 메모리 공간 공유 (코드, 데이터, 힙), 독립적인 스택 구성 요소 - 코드 영역 - 데이터 영역 - 스택 영역 - 힙 영역 - 스레드 ID - 프로그램 카운터 - 레지스터 집합 - 스택 자원 공유 다른 프로세스와 자원 공유 안 함 같은 프로세스 내 스레드 간 자원 공유 생성 비용 높음 낮음 컨텍스트 스위칭 비용이 큼 비용이 적음 (같은 프로세스 내에서) 안정성 높음 (한 프로세스의 오류가 다른 프로세스에 영향 없음) 상대적으로 낮음 (한 스레드의 오류가 전체 프로세스에 영향) 통신 프로세스 간 통신(IPC) 필요 (복잡하고 오버헤드 큼) 쉽고 빠른 통신 (공유 메모리 사용) 병렬 처리 가능하지만 오버헤드 큼 효율적인 병렬 처리 가능 메모리 구조 비교 메모리 영역 Process Thread 코드 영역 독립적 공유 데이터 영역 독립적 공유 힙 영역 독립적 공유 스택 영역 독립적 각 스레드마다 독립적 특성 상세 비교 특성 Process Thread 독립성 완전히 독립적 부분적으로 독립적 자원 공유 제한적 (IPC 필요) 쉽게 공유 가능 오류 영향 다른 프로세스에 영향 없음 같은 프로세스의 모든 스레드에 영향 동기화 필요성 낮음 - IPC 메커니즘 필요 공유 자원에 대한 동기화 필요 - 뮤텍스, 세마포어 등 사용 생성 시간 더 오래 걸림 더 빠름 종료 시간 더 오래 걸림 더 빠름 장단점 비교 구분 Process Thread 장점 - 높은 안정성 - 다른 프로세스의 영향 받지 않음 - 보안성이 높음 - 생성/종료가 빠름 - 자원 공유가 쉬움 - 통신 비용이 적음 단점 - 많은 시스템 자원 필요 - 프로세스 간 통신이 복잡 - 컨텍스트 스위칭 비용이 큼 - 동기화 문제 발생 가능 - 디버깅이 어려움 - 하나의 스레드 문제가 전체에 영향 사용 사례 비교 용도 Process 선호 Thread 선호 웹 서버 안정성이 중요한 경우 높은 동시성이 필요한 경우 GUI 앱 독립적인 작업이 많은 경우 반응성이 중요한 경우 데이터 처리 대용량 병렬 처리 데이터 공유가 많은 경우 시스템 서비스 격리가 필요한 경우 빈번한 통신이 필요한 경우 활용 예 - 독립적인 애플리케이션 - 웹 브라우저의 각 탭 - 다중 사용자 서버 - 웹 서버 요청 처리 - 게임 엔진 (렌더링, 물리 연산) - 멀티미디어 애플리케이션 동기화 메커니즘 비교 메커니즘 Process Thread 공유 메모리 명시적으로 설정 필요 기본적으로 공유 뮤텍스 프로세스 간 뮤텍스 필요 프로세스 내 뮤텍스 사용 세마포어 시스템 세마포어 필요 프로세스 내 세마포어 사용 메시지 전달 IPC 메커니즘 사용 직접 메모리 접근 이러한 차이점들을 이해하고 적절히 활용하면, 상황에 맞는 최적의 실행 단위를 선택할 수 있다. ...

멀티 쓰레딩 (Multithreading) Multithreading은 운영 체제에서 프로그램이 여러 작업을 동시에 수행할 수 있게 해주는 기능이다. 즉, 하나의 프로세스 내에서 여러 스레드가 동시에 실행되는 것을 의미하며, 각 스레드는 프로세스의 자원을 공유하면서도 독립적인 실행 경로를 가진다. 이는 단일 프로세스 내에서 여러 실행 흐름(스레드)을 생성하고 관리하며, 현대 컴퓨터 시스템의 성능과 효율성을 크게 향상시킨다. Source: https://www.geeksforgeeks.org/multithreading-in-operating-system/ 각 스레드는 자신만의 프로그램 카운터, 레지스터 집합, 스택을 가지고 있다. 하지만 같은 프로세스 내의 스레드들은 코드, 데이터 섹션, 파일과 같은 자원을 공유한다. 이는 프로세스보다 스레드의 생성과 컨텍스트 스위칭이 더 가벼운 이유가 된다. ...

프로세스 동기화 (Process Synchronization) 여러 프로세스가 공유하는 자원의 일관성을 유지하기 위한 메커니즘. 컴퓨터 시스템에서 여러 프로세스가 공유 자원에 접근할 때 충돌을 방지하고 데이터의 일관성을 유지하기 위해 동기화가 필요하다. 다음 두 가지 목적을 가진다: 실행 순서 제어: 프로세스를 올바른 순서대로 실행하기 상호 배제: 동시에 접근해서는 안 되는 자원에 하나의 프로세스만 접근하게 하기 필요성 데이터 일관성 유지: 여러 프로세스가 공유 데이터에 동시 접근할 때 발생할 수 있는 예상치 못한 결과를 방지한다. 실행 순서 보장: 특정 프로세스의 실행이 다른 프로세스의 결과에 의존하는 경우, 올바른 순서로 실행되도록 한다. 임계 영역 문제 임계 영역(Critical Section)은 여러 프로세스가 공유하는 데이터를 접근하는 코드 영역을 말한다. 예를 들어, 은행 계좌의 잔액을 수정하는 코드가 임계 영역이 될 수 있다. ...

프로세스 제어 블록 (Process Control Block, PCB) 프로세스 제어 블록 (Process Control Block, PCB) 은 운영 체제에서 프로세스를 관리하기 위해 사용하는 핵심적인 데이터 구조이다. PCB 는 각 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장하고 관리하며, 운영 체제가 프로세스를 효율적으로 제어하고 실행할 수 있게 한다. Sourece: https://www.geeksforgeeks.org/process-table-and-process-control-block-pcb/ PCB 의 주요 구성 요소 프로세스 식별자 (Process ID, PID): 각 프로세스에 할당되는 고유한 식별 번호이다. 프로세스 상태 (Process State): 프로세스의 현재 상태를 나타낸다. 주요 상태로는 생성 (new), 준비 (ready), 실행 (running), 대기 (waiting), 종료 (terminated) 등이 있다. 프로그램 카운터 (Program Counter): 다음에 실행할 명령어의 주소를 가리킨다. CPU 레지스터: 프로세스가 CPU 를 사용할 때의 레지스터 정보를 저장한다. CPU 스케줄링 정보: 프로세스의 우선순위, CPU 사용 시간 등 스케줄링에 필요한 정보를 포함한다. 메모리 관리 정보: 프로세스의 메모리 할당 정보, 페이지 테이블 등을 저장한다. 입출력 상태 정보: 프로세스에 할당된 입출력 장치, 열린 파일 목록 등을 관리한다. 계정 정보: CPU 사용 시간, 메모리 사용량 등 프로세스의 리소스 사용 정보를 추적한다. PCB 의 역할과 중요성 프로세스 관리: PCB 는 운영 체제가 프로세스의 생명주기를 관리하는 데 필수적이다. 컨텍스트 스위칭: PCB 는 프로세스 간 전환 시 현재 상태를 저장하고 복원하는 데 사용된다. 스케줄링: 운영 체제는 PCB 의 정보를 바탕으로 프로세스 스케줄링 결정을 내린다. 리소스 관리: PCB 는 프로세스에 할당된 리소스를 추적하고 관리한다. 동기화 및 통신: 프로세스 간 동기화와 통신에 필요한 정보를 저장한다. PCB 의 생명주기 프로세스 생성 시 PCB 가 생성되고 초기화된다. 프로세스 실행 중 PCB 정보가 지속적으로 업데이트된다. 프로세스 종료 시 PCB 가 제거된다. PCB 의 구현 및 저장 PCB 는 운영 체제 커널의 보호된 메모리 영역에 저장된다. 일부 운영 체제에서는 PCB 를 커널 스택의 시작 부분에 위치시킨다. ...

프로세스 간 통신 (Inter-Process Communication, IPC) 프로세스 간 통신은 서로 다른 프로세스들이 데이터를 주고받거나 서로의 동작을 조율하기 위해 사용하는 메커니즘. 한 프로세스의 출력이 다른 프로세스의 입력으로 사용될 수 있다. 이를 통해 프로세스들은 데이터를 교환하고, 작업을 동기화하며, 리소스를 효율적으로 활용할 수 있다. 프로세스 간 통신(IPC)에 대해 체계적으로 설명해드리겠습니다. 이 개념을 더 쉽게 이해하기 위해, 실제 생활의 예시와 함께 설명을 시작하겠습니다. Source: https://www.geeksforgeeks.org/inter-process-communication-ipc/ 장점 프로세스 간 데이터 공유 및 협력 가능 모듈화 및 유연한 시스템 설계 가능 단점 구현 복잡성 증가 동기화 및 데드락 문제 발생 가능성 IPC의 주요 방식 파이프(Pipe) 파이프는 가장 오래되고 간단한 IPC 방식으로, 한 프로세스의 출력이 다른 프로세스의 입력으로 직접 전달된다. ...

Context Switching Context Switching 은 운영 체제에서 매우 중요한 개념으로, 여러 프로세스나 스레드가 단일 CPU 자원을 공유하여 효율적으로 실행될 수 있게 하는 메커니즘이다. Context Switching 은 CPU 가 현재 실행 중인 프로세스나 스레드의 상태를 저장하고, 다른 프로세스나 스레드의 상태를 불러와 실행을 재개하는 과정을 말한다. 이를 통해 여러 작업이 동시에 실행되는 것처럼 보이게 된다. Source: https://www.geeksforgeeks.org/context-switch-in-operating-system/ Context Switching 의 필요성 멀티태스킹: 여러 프로세스가 동시에 실행되는 것처럼 보이게 하여 시스템 효율성을 높인다. 인터럽트 처리: 하드웨어 인터럽트나 시스템 호출 등에 신속하게 대응할 수 있다. 자원 공유: 단일 CPU 로 여러 프로세스를 실행할 수 있게 한다. Context Switching 의 과정 현재 실행 중인 프로세스의 상태 저장: CPU 레지스터, 프로그램 카운터 등의 정보를 PCB(Process Control Block) 에 저장한다. 새로운 프로세스 선택: 스케줄러가 다음에 실행할 프로세스를 선택한다. 새 프로세스의 상태 복원: 선택된 프로세스의 PCB 에서 상태 정보를 불러와 CPU 레지스터에 복원한다. 실행 재개: 새 프로세스의 실행을 시작한다. Context Switching 의 트리거 인터럽트: 하드웨어나 소프트웨어에서 발생하는 인터럽트. 시간 할당 종료: 프로세스에 할당된 CPU 시간이 끝났을 때. I/O 요청: 프로세스가 I/O 작업을 요청하여 대기 상태로 전환될 때. 우선순위: 더 높은 우선순위의 프로세스가 실행 준비될 때. Context Switching 의 구현 방식 하드웨어 스위칭: 프로세서 코어에 내장된 태스크 상태 세그먼트 (TSS) 를 사용한다. 소프트웨어 스위칭: 운영 체제의 커널 루틴과 데이터 구조를 사용하여 구현한다. 더 빠르고 일관성 있는 방식이다. Context Switching 의 장단점 장점: ...