CS : 쓰레드 / 프로세스 / 메모리 할당 / PCB / 컨텍스트 스위칭 / 멀티 프로세싱 / IPC

쓰레드 : 대기 상태란?

ready는 CPU 스케쥴러로부터 CPU 소유권이 넘어오기를 기다리는 상태입니다.  이 떄 메모리 공간이 충분하면 메모리를 할당받고, 아니면 아닌 상태로 대기하고 있습니다.

 

쓰레드 : 대기 중단 상태란?

ready suspended는 메모리 부족으로 일시 중단

 

0 : Process?

컴퓨터에서 실행되고 있는 프로그램을 말하며, CPU 스케쥴링의 대상이 되는 task라는 용어와 거의 같은 의미입니다.  프로그램이 메모리에 올라가면 프로세스가 되는 인스턴스화가 일어납니다. 이후 O/S의 CPU 스케쥴러에 따라 CPU가 프로세스를 실행합니다.

 

0 : 스레드는?

프로세스 내 작업 흐름을 지칭합니다/

 

7 : 소스 코드와 프로그램, 프로세스의 관계, 실행 과정 (C언어 기준) 

소스 코드 -> 전처리 -> 컴파일러 -> 어셈블리어 -> 어셈블러 -> (목적코드+라이브러리) -> 링커 -> exe 파일

 

6 : 정적 라이브러리와 동적 라이브러리의 차이는?

정적은 프로그램 빌드시 라이브러리가 제공하는 모든 코드를 실행 파일에 같이 넣어버리는 방식입니다. 시스템 환경 등 외부 의존도는 낮지만 코드 중복 등 메모리 효율성은 떨어지는 단점이 있습니다.  동적 라이브러리는 프로그램 실행시 필요할 때만 DLL이라는 함수 정보를 통해 참조하여 라이브러리를 쓰는 방식입니다. 메모리 효율성에서의 장점을 지니지만 외부 의존도는 높아집니다.

 

1 : 프로세스의 생성 상태?

create는 프로세스가 생성된 상태를 의미하며  fork() or exec() 함수를 통해 생성합니다. 이 떄 PCB가 할당됩니다.

 

2 : exec()?

새롭게 프로세스를 생성하는 함수입니다.

 

3 : fork()?

부모 프로세스의 주소 공간을 그대로 복사하여, 새로운 자식 프로세스를 생성하는 함수입니다. 주소 공간만 복사하며 부모 프로세스의 비동기 작업 등을 상속하지는 않습니다/

5 : 중단 상태?

blocked는 어떤 이벤트가 발생한 이후 기다리며 프로세스가 차단된 상태입니다. I/O 디바이스에 의한 인터럽트로 이런 현상이 많이 발생합니다. 프린트 인쇄 버튼을 눌렀을때 프로세스가 잠깐 멈춘 듯한 상태입니다.

 

4 : 일시 중단 상태?

block suspended는 대기 중단과 유사합니다. 중단된 상태에서 프로세스가 실행되려고 했지만 메모리 부족으로 일시 중단된 상태입니다.

 

0 : 프로세스의 메모리 구조란?

운영체제는 프로세스에 적절한 메모리를 할당하는데, 다음 구조를 기반으로 할당한다  Stack heap 데이터 영역

(BSS segment, Data segment) 코드 영역(code segment)  

 

스택은 위 주소부터 할당되고, 힙은 아래 주소부터 할당된다  스힙데코

 

1 : 스택에 대해 말하라

runtime 단계에서 메모리를 할당받는 프로세스의 메모리 구조이며  로컬변수, 매개변수, 실행되는 함수에 의해 늘어나거나 줄어든다  함수가 호출될 때마다 호출시의 환경 등 특정 정보가 스택에 계속해서 저장된다.

 

3 : 힙에 대해

힙은 동적으로 할당되는 변수들을 담는다.  malloc(), free() 함수를 통해 관리할 수 있으며, 동적으로 관리되는 자료 구조의 경우 힙 영역을 사용한다.

5 : 데이터 영역에 대해 말하라

이 영역은 정적 할당되는 영역이다. 정적 할당은 컴파일 단계에서 메모리를 할당하는 것을 말한다. 데이터 영역은 BSS segment와 Data segment, code / text segment로 나눠서 저장된다

7 : BSS segment?

BSS 세그먼트는 전역 변수 또는 static, const로 선언되어 있고 0으로 초기화 또는 초기화가 어떤 값으로도 되어 있지 않은 변수들이 이 메모리 영역에 할당되며

 

6 : Data segment?

Data segment는 전역 변수 또는 static, const로 선언되어 있고 0이 아닌 값으로 초기화된 변수가 이 메모리 영역에 할당됩니다.

 

8 : code segment

에는 프로그램의 코드가 들어갑니다.

 

4 : 힙을 사용하는 자료구조의 예시 

vector은 동적으로 관리되기 때문에 내부적으로 힙 영역을 사용한다

2 : stack이 recursive 함수를 실행하면?

recursive시 새로운 스택 프레임이 매번 사용되기 때문에 변수 집합이 해당 함수의 다른 인스턴스 변수를 방해하지 않는다

 

0 : PCB란?

프로세스 제어 블록(Process Control Block)은 운영체제에서 프로세스에 대한 메타데이터를 저장한 데이터입니다.  exec(), fork()로 프로세스를 생성하면 운영체제는 PCB를 생성하여 프로세스에 할당합니다.  프로그램이 실행되면 프로세스가 생성되고, 프로세스 주소 값들에 스탭, 힙 등의 구조를 기반으로 메모리가 할당됩니다. 그리고 이 프로세스의 메타데이터들이 PCB에 저장되어관리됩니다.

 

1 : PCB는 어디서 관리되는가?

프로세스의 중요 정보를 포함하고 있기 때문에,  일반 사용자가 접근하지 못하도록 커널 스택의 가장 앞부분에서 관리됩니다.

메타데이터란?

데이터에 관한 구조화된 데이터이자 데이터를 설명하는 작은 데이터입니다. 대량의 정보 가운데 찾고 있는 정보를 효율적으로 찾아내서 이용하기 위해 일정한 규칙에 따라 콘텐츠에 부여되는 데이터입니다.

 

2 : PCB를 까보았다. 어떤 정보들이 나오는가?

프로세스 스케쥴링 상태 :  프로세스 ID : 프로세스 권한 : 프로그램 카운터 : CPU 레지스터 : CPU 스케쥴링 정보 : 계정 정보 : I/O 상태 정보 :

3 : 프로세스 스케쥴링 상태는?

준비, 일시중단 등 프로세스가 CPU에 대한 소유권을 얻은 이후의 상태

 

프로세스 ID : 프로세스 ID, 자식 프로세스 ID
프로세스 권한 : 컴퓨터 자원 or I/O 디바이스에 대한 권한 정보
프로그램 카운터 : 프로세스에서 실행할 다음 명령어의 주소에 대한 포인터
CPU 레지스터 : 프로세스를 실행하기 위해 저장해야 할 레지스터에 대한 정보
CPU 스케쥴링 정보 : CPU 스케쥴러에 의해 중단된 시간 등에 대한 정보
계정 정보 프로세스 : 실행에 사용된 CPU 사용량, 실행한 유저의 정보
I/O 상태 정보 : 프로세스에 할당된 I/O 디바이스 목록

 

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Context Switching

PCB를 기반으로 프로세스의 상태를 저장하고 로드시키는 과정을 의미합니다.  컴퓨터는 많은 프로그램을 동시에 실행시키는 것처럼 보이지만, 실제로 특정 시점에서 실행되는 프로세스는 단 하나입니다.  다른 프로세스와의 컨텍스트 스위칭이 아주 빠른 속도로 실행되기 때문에 동시에 여러 개의 프로세스가 실행되는 것처럼 보입니다.

 

컨텍스트 스위칭 중 유휴 시간 

프로세스 A를 실행하다 멈추고, 다시 재개할때까지 걸리는 시간입니다.  A를 멈추고 PCB를 저장, 프로세스 B의 PCB를 로드하여 B를 실행 또 B의 PCB를 저장하고 A의 PCB를 로드하여 재개의 직전까지를 의미합니다.

 

컨텍스트 스위칭에 드는 추가 비용은?

컨텍스트 스위칭이 일어날때 기존 프로세스가 가지고 있던 메모리 주소가 그대로 있으면 잘못된 주소 변환이 생기므로 캐시클리어 과정을 겪게 되고 이 때문에 캐시미스가 발생합니다.

 

Context Switching on Thread

스레드는 스택 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에, 스레드 컨텍스트 스위칭의 경우 비용이 더 적고 시간도 더 적게 걸립니다.

 

컨텍스트 스위칭은 언제 일어나나요?

한 프로세스에 할당된 시간이 끝나거나 인터럽트에 의해 발생됩니다. 시스템콜

 

0 : 멀티 프로세싱이란?

멀티 프로세스를 통해 동시에 두 가지 이상의 일을 수행할 수 있는 것을 말합니다.  이를 통해 하나 이상의 일을 병렬로 처리할 수 있으며  특정 프로세스의 메모리, 프로세스 중 일부에 문제가 발생되더라도 다른 프로세스를 이용해서 처리할 수 있으므로 신뢰성이 높은 강점이 있습니다.   멀티 프로세스는 Inter Process Communication이 가능하며

 

4 : 멀티 프로세싱의 하드웨어적 관점으로 서술하라

하드웨어적인 관점으로는, 여러 개의 프로세서로 작업을 처리하는 것을 의미한다

6 : 웹 브라우저는 멀티프로세스로 작동한다. 프로세스 구조 4개를 말하라

브라우저 프로세스 렌더러 프로세스 플러그인 프로세스 GPU 프로세스    BRPG입니다

1 : IPC?

IPC는 프로세스끼리 데이터를 주고받고 공유 데이터를 관리하는 메커니즘을 뜻합니다.

2 : IPC의 예는?

클라이언트와 서버를 예로 들수 있습니다  또한 공유 메모리, 파일, 소켓, 익명 파이프, 명명 파이프, 메세지 큐 등이 있습니다 이들은 모두 메모리가 완전히 공유되는 스레드보다는 속도가 떨어집니다

3 : shared memory에 대해 말하라

기본적으로는 각 프로세스끼리 메모리는 닫혀있지만, 프로세스가 서로 통신할 수 있도록 공유 메모리를 생성하여 통신하는 것을 의미합니다.  IPC 방식 중 어떤 매개체를 통해 데이터를 주고받는것이 아닌 메모리 자체를 공유하기 때문에 불필요한 데이터 복사의 오버헤드가 발생하지 않아 가장 빠릅니다  같은 메모리 영역을 여러 프로세스가 공유하기 때문에 동기화가 필요합니다.

 

5 : 하드웨어 관점의 공유 메모리란?

CPU가 접근할수 있는 큰 랜덤 접근 메모리인 RAM을 가리키기도 합니다

1 : 파일

파일은 디스크 저장된 데이터 or 파일 서버에서 제공한 데이터를 말합니다. 이를 기반으로 프로세스 간 통신을 합니다.

2 : 소켓

네트워크 인터페이스를 통해 전송하는 데이터를 의미합니다. 네트워크의 다른 컴퓨터나 / 동일한 컴퓨터의 다른 프로세스에 전송합니다. TCP나 UDP가 있습니다.

3 : 익명 파이프

부모 자식 프로세스 간에만 사용되며 다른 네트워크상에서는 사용이 불가능합니다.  unnamed pipe는 프로세스 간 FIFO 방식으로 읽히는 임시 공간인 파이프를 기반으로 데이터를 주고받으며,   단방향 방식의 읽기 전용, 쓰기 전용 파이프를 만들어서 작동하는 방식을 말합니다.

4 : named pipe

명명된 파이프는 파이프 서버와 하나 이상의 파이프 클라이언트 간의 통신을 위한 명명된 단방향 혹은 양방향 파이프를 말합니다.  클라이언트 / 서버 통신을 위한 별도의 파이프를 제공하며, 여러 파이프를 동시에 사용할 수 있습니다.  컴퓨터의 프로세스끼리 혹은 다른 네트워크상의 컴퓨터와도 통신을 할 수 있습니다.  보통 서버용 파이프와 클라이언트용 파이프로 구분해서 작동하며, 하나의 인스턴스를 열거나 여러 개의 인스턴스를 기반으로 동작합니다

5 : 메세지 큐

메세지를 queue 데이터 구조 형태로 관리하는 것을 의미합니다.  커널의 전역변수 형태 등 커널에서 전역적으로 관리되며, 다른 IPC 방식에 비해서 사용 방법이 매우 직관적이고 간단하며 다른 코드의 수정 없이 단지 몇 줄의 코드를 추가시켜 간단하게 메시지 큐에 접근할 수 있는 장점이 있습니다.

0 : 공유 메모리의 대안은?

공유 메모리를 통해 IPC를 구현할때 읽기 및 쓰기 빈도가 높으면 동기화 때문에 기능을 구현하는 것이 매우 복잡해지느넫, 이떄 대안으로 메세지 코드를 사용합니다

 

0 : 동기화?

동시다발적으로 실행되는 많은 프로세스는 서로 데이터를 주고받으며 협력하며 실행될 수 있습니다. 예를 들면 워드 프로세서에는 사용자로부터 입력을 받는 프로세스와 맞춤법을 검사하는 프로세스, 입력한 내용을 화면에 출력하는 프로세스 등이 있습니다.  이 프로세스는 각기 다른 독립적인 프로세스이지만 공동의 목표를 위해 협력하는 존재입니다.  이렇게 협력하는 프로세스들은 아무렇게나 실행되서는 안됩니다. 올바른 실행을 위해서는 동기화가 필수입니다.     프로세스 동기화란 프로세스들 사이의 수행 시기를 맞추는 것을 의미합니다. 수행 시기란 다음 두 가지를 의미합니다.  1.실행 순서 제어 : 프로세스를 올바른 순서대로 실행하기 2.상호 배제 : 동시에 접근해서는 안 되는 자원에 하나의 프로세스만 접근하게 하기   ※프로세스뿐만 아니라 스레드도 동기화 대상입니다.