[운영체제] Process Control Block이란?

Control Data Structure

 

 

_Control Data Structure_는 프로세스들을 관리하기 위해 OS에 의해 사용되는 데이터 구조이다.

 

 

각각의 프로세스와 자원에 대한 현재 상태 정보를 가지고 있다. 그리고 OS 시스템 관리에 있어서 각각의 엔티티 마다 테이블들이 구성되는데, 그 중에서 프로세스를 관리하는 테이블을 TCB, Table Control Block이라고 한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Process Control Block(PCB)

 

 

PCB는 각각의 Process마다 할당된다. 그리고 내부에는 여러가지 프로세스와 관련된 속성들을 가지고 있다.

 

• Identifier : 고유한 식별자이다.
• State, Priority : 앞서 살펴본 프로세스의 상태 정보이다. Priority는 우선순위를 저장한다.
• Program Counter : 현재 명령 순서를 저장하는 레지스터
• Memory pointers : 프로세스가 메인 메모리 상에 어디에 저장되어 있는 지 저장
• Address of memory context : 프로그램 코드와 변수 위치
• I/O status information : 입출력의 진행 상태 저장
• Accounting information : 자원 이용에 대한 통계 정보 저장

 

 

 

 

 

 

위 PCB는 Linux의 PCB 구조이다. 이렇게 struct로 자원들을 계층적으로 나눈 이유는 프로세스들간의 자원 공유를 조금 더 쉽게 하기 위해서이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

Process List

 

 

Process List는 컴퓨터 안의 모든 PCB들을 Double Linked List로 연결한 것이다. 즉, 실제 프로세스들은 다른 곳에 저장되어 있고, PCB를 이은 것이다.

 

 

리눅스에서도 이러한 Process List를 가지는데, 여기서 각각의 Process들을 _task struct_라는 단위로 묶어놓고 앞 뒤 참조가 가능하도록 만들었다. 그리고 이렇게 연결된 Double Linkned List를 Run Queue라고 하는데, 이는 우리가 앞서 배웠던 Ready Queue와 동일한 것이다.

 

 

그리고 Header에 있는 PCB는 idle(swapper) process의 Process Descriptor이다. 이 프로세스는 OS가 수동적으로 만들어낸 프로세스이며, 최초로 정상적으로 만들어진 프로세스인 init 프로세스를 만드는 역할을 한다.

 

 

 

즉, swapper process는 항상 Run Queue에 존재한다.

 

 

 

 

 

 

 

Process identification & Processor State information

 

PCB는 아래와 같이 구분하여 저장한다.

 

 

Process identification은 자연수 값을 저장하는 변수이다. 이는 자기 자신의 프로세스 아이디 뿐만이 아니라 부모 프로세스 아이디, 그리고 사용자의 식별자도 같이 저장한다.

 

 

추가적으로 프로세스 그룹에 대한 정보도 지닌다. 이는 우리가 명시적으로 지정하지 않아도 알아서 지정된다.

 

 

Processor State information은 프로세스의 상태를 나타냄과 동시에 CPU 레지스터에 대한 정보도 가진다.

 

 

여기에 저장된 레지스터들은,

범용 레지스터(eax, ebx, ecx, edx, esi, edi), 명령 포인터 레지스터(eip), 프로세스의 상태를 나타내는 레지스터(eflags), 스택 주소를 나타내는 레지스터(sp),  운영 모드를 제어하는 컨트롤 레지스터(cp0, cp1, cp2...), 데이터 타입에 따른 위치를 저장하는 세그먼트 레지스터(cs, ds, ss, es, fs...) 등에 대한 정보가 저장된다.

 

 

즉, CPU 내의 레지스터에 있는 데이터들은 Context Switch가 일어남에 따라 값들이 바뀌는데 이 값들을 저장하기 위해서 PCB에 해당 레지스터 정보를 저장한다.

 

 

중요한 것은 Context Switch가 일어날 때, 메모리에 현재 PCB를 저장하는 _save context_과정이 일어나고, 그와 동시에 새로운 프로세스를 불러오기 위해 메모리에 이전에 저장했던 PCB를 가져오는 _restore context_과정이 일어난다는 것이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Process Control Information

 

프로세스 스케줄링은 다음에 실행될 프로세스를 정하는 작업을 말한다.

 

 

이런일을 하기 위해서 운영체제는 각 프로세스가 어떤 상태인지, 우선 순위가 어떻게 되는 지 등의 통계 정보를 가져야 한다.

 

 

그래서 각각의 프로세스들은 제어와 관련된 정보도 지니는 데, 이는 다음과 같다.

 

 

• Inter-process Communication
  • 프로세스간의 통신을 위한 정보
• 프로세스 권한(Process Privileges)
• 메모리 관리
  • 가상 메모리 등
• 컴퓨팅 자원에 대한 정보

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Data Structuring

 

 

 

 

프로세스는 그 외에도 여러 구조로 연결될 수 있다. 

 

 

위 그림을 보면 알수 있듯이 자식 프로세스는 _p pptr_이라는 포인터를 통해 부모 PCB로 접근할 수 있고, 반대는 _p cptr_이다. 형제 관계도 _p osptr_과 _p ysptr_로 연결된다.