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📘 프로세스와 스레드

https://giwon512.github.io/cs/process/

📖 프로세스의 라이프 사이클

  1. 생성 - 메모리로 프로그램이 올라가서 실행 준비
  2. 준비 - 큐에서 실행을 기다리는 상태
  3. 수행
  4. sleep, block - 특정 조건이 해결될 때까지 작업이 중지된 상태
  5. 종료

📖 프로세스의 상태 변화 과정

processLifecycle.png

1. a

프로세스의 생성은 운영체제의 시스템 콜을 통해서만 가능하다. fork() 시스템 콜을 통해 부모 프로세스를 복사하고, 그 후 exec() 시스템 콜을 통해 새로운 프로그램을 메모리에 올린다.

관련 시스템 콜

📝 fork() system call

  • 부모 프로세스에게는 양수 pid를, 자식 프로세스는 0을 리턴해주는 함수로, 부모인지 자식인지 구별하는 방법은 0인지 아닌지 확인하는 방법밖에 없다. 코드 진행 상황까지 그대로 복사된다.

📝 exec() system call

  • fork로 복제된 시스템 콜을 새로운 프로세스로 덮어 버리는 시스템 콜이다.

2. c

가져온 사진이 이상해 c부터 본다. 준비 상태에 있는 프로세스들을 ready queue에서 대기하다가 정해진 알고리즘에 따라서 cpu time을 할당받는다.

스케줄링 알고리즘

📝 FCFS(First Come First Served)

  • 말 그대로 먼저 요청한 프로세스부터 자원을 할당받는다.
  • 비선점형이므로 대화형 작업에 부적합하다.
  • 경우에 따라 대기시간이 길어질 수 있다.

📝 SJF(Shrotest Job First)

  • 실행시간이 짧은 프로세스부터 자원을 할당받는다.
  • 선점형, 비선점형 모두 가능하다.
  • 평균 대기시간이 가장 짧지만 starvation이 발생할 수 있다.
  • 사실상 실행 시간을 예측할 수 없어 사용하기 어렵다.

📝 RR(Round-Robin)

  • 작은 단위의 시간 할당량을 주어 시간 안에 끝내지 못한 경우 다음 프로세스에게 차례가 넘어가는 알고리즘
  • 시간 할당이 너무 길면 FCFS가 되고, 너무 짧으면 context switching 비용이 증가한다.
  • 따로 하드웨어적 타이머가 필요하다.

MLFQ.png

📝 MLFQ(Multi Level Feedback Queue)

  • 라운드 로빈과 유사하지만 단점을 어느 정도 개선한 알고리즘
  • 우선순위가 다른 여러 단계의 ready queue를 만들고, 우선순위가 높을 수록 시간 할당량인 time quantum을 짧게, 낮을수록 time quantum을 길게 준다.
  • 제 시간 안에 마치지 못한 프로세스는 그 다음 단계의 queue로 이동하여 대기한다.
  • 최하위 우선 순위 큐의 경우에는 그냥 FCFS로 처리한다.

3. b

수행 상태에서 ready queue로 프로세스가 돌아간다.

4. d

입출력 요청이 발생하면 프로세스가 sleep 상태로 들어간다.

관련 시스템 콜

📝 wait() system call

  • wait() 시스템 콜이 호출되면 자식 프로세스가 종료될 때까지 해당 프로세스를 block 시킨다.

5. e

입출력 요청이 끝나 프로세스가 다시 준비 상태가 된다.

6. f

작업이 성공적으로 완료되거나 에러가 발생하여 종료된 경우이다.

관련 시스템 콜

📝 exit() system call

  • 프로세스를 종료하는 시스템 콜로, 컴파일러가 main 함수가 return되는 위치에 자동으로 exit() 시스템 콜을 넣어준다.

📖 스레드의 라이프 사이클

threadLifecycle.png

1. 스레드 생성

2. Runnable

  • start() 메서드를 통해 실행 가능한 상태로 바뀐다.

3. Running

  • start() 메서드가 호출된 이후, 정의된 run() 메서드의 내용이 수행된다.
  • run() 메서드는 JVM만이 호출 가능하다.
  • yeild() 메서드는 스레드의 실행을 일시 정지시키고, 다른 스레드에게 실행을 양보한다. 멀티스레드 프로그래밍에서 사용될 수 있다.

4. Terminated

일정한 조건이 충족되기 전까지 스레드의 실행이 block되는 상태를 말한다.

Wating

  • wait()은 동기화를 위해서 사용되는 메서드로, 실행이 중지되었다가 notify() 또는 notifyAll() 메서드가 호출되면 waiting 상태였던 스레드들이 다시 동작하게 된다.

Timed Wating

  • sleep() 함수는 지정된 시간 만큼 스레드를 block시키고, 시간이 지나면 runnable 상태로 바꾼다.

Blocked

  • Join() 메서드는 다른 스레드가 종료될 때까지 동작을 멈추게 한다.

5. 종료

  • run() 메서드 완료시 스레드가 종료되고, 해당 스레드는 다시 시작할 수 없다. 다시 start() 메서드를 실행하면 IllegalThreadStateException 이 발생한다.

참고

https://link2me.tistory.com/1730

https://vmilsh.tistory.com/374

https://velog.io/@sunaookamisiroko/4.-프로세스-생성

https://reakwon.tistory.com/132

https://velog.io/@infoqoch/CPU-스케줄링이란

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