[운영체제] 프로세스 생성해보기

 

 

Process Control

 

 

• 실행 모드
  • User Mode
    • 낮은 권한을 가진다.
  • System Mode(=Kernel Mode, supervisor mode)
    • 높은 권한을 가진다.

 

 

 

 

이전에 Virtual Memory Space에 대해서 배울 때 해당 공간에도 커널이 있었음을 기억해 보자. 여기에 있는 커널은 메인 메모리로부터 복사된 것일까? 

 

 

그렇지 않다. 실제로는 Main Memory 상의 커널이 매핑되어 그렇게 보이는 것 뿐이다.

 

 

 

 

 

프로세스는 user mode와 kernel mode를 번갈아 가면서 Mode change를 진행한다. 즉, CPU가 끊임없이 하나의 프로세스만을 차지하는 것처럼 보이지만 실제로는 그렇지 않다는 것이다.

 

 

실제로는 굉장히 빠른 속도로 Mode를 바꾸어간다. 다시 말해 A라는 task가 실행되는 동안 B라는 task는 실행될 수 없다.

 

 

하지만, kernel mode가 실행되는 시간은 매우 짧기 때문에 우리가 느끼기에는 동시에 실행되는 것처럼 보인다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Steps for Process Creation

 

 

1. 새로운 프로세스에 대한 PCB를 생성한다.
2. PCB에 대한 고유한 식별자를 부여한다.
3. PCB(Process Control Block)에 값을 설정한다.
   • 자식 Process는 대개 부모 Process의 PCB 값을 물려받는다.(100%는 아니다.)
4. 프로세스 리스트(Double Linked List)에 연결한다.
   • 형제나 부모 관계 연결
   • 이때, 연결되는 것은 PCB이지 Process가 아니다.
5. 다른 Data Structure를 만들어준다.
   • PCB가 하나의 계층이 아닌 다중 계층일 때 서브 계층을 연결시켜 주기 위함.
6. User Context를 생성해 준다. : time Consuming job
7. Child Process를 Ready State로 할당해 주기 위해 Child PCB를 Ready Queue안에 넣는다.
8. Child Process의 Identifier를 부모에게 돌려준다. 그리고 자식 프로세스는 0을 리턴한다.

 

 

 

 

User Context를 만들어주는 부분을 자세히 살펴보자.

 

 

우선 부모 프로세스는 보조기억장치의 Virtual Memory Space에 있는 정보에 따라서 Main Memory로 옮겨졌을 것이고, code와 data, stack의 정보를 가진다. 해당 상태에서 PCB안에는 메인 메모리 영역 안에 있는 프로세스 정보를 저장하고 있을 것이고 여기 안에 code와 data 그리고 stack의 시작 주소와 끝 주소를 가진다.

 

 

만약 이러한 상태에서 자식 프로세스를 _fork()_했다고 가정해 보자.

자식 PCB는 대개 부모 PCB로부터 정보를 물려받는다. 그리고 메모리 영역 내에서도 자기 자신 프로세스에 대한 정보를 가지게 될 텐데 이때 일반적인 프로세스와 살짝 차이가 있다.

 

 

먼저 data와 stack의 경우 초기에는 부모 프로세스의 data와 stack을 그대로 가리킨다. 그 후에 data와 stack을 각각 복사하여 새로운 메모리 공간에 두고 memory info table 내에서의 참조 위치를 옮긴다.

 

 

하지만, code의 경우 그대로 부모의 참조를 그대로 이어간다. 그 이유는 data와 stack과 달리 code는 컴파일된 바이너리 코드일 뿐이며 실질적으로 바뀔 가능성이 없기 때문이다.

 

 

 

 

 

 

Copy On Write Mechanism

 

 

COW(Copy On Write) 메커니즘은 Copy를 하되 Write가 일어나는 상황에서만 Copy를 하는 방법이다.

 

 

무슨 말인가 하면, 이전에 User Context를 만드는 부분에서 자식 프로세스 생성 시에 code를 제외한 data와 stack은 매번 복사하여 공간을 할당해 주었다.

 

 

하지만, 이렇게 하면 변수가 재작성되거나 새롭게 만들어지지 않을 때도 불필요한 Copy가 일어날 수 있다. 이를 해결하기 위해 COW 메커니즘을 도입하여 Write가 일어나는 상황 속에서만 Copy를 한다.

 

 

이게 어느 상황 속에 좋으냐 하면, 자식 프로세스가 부모 프로세스와 완전히 다른 코드를 실행해야 하는 상황에서 효율적이다. 즉, 새로운 실행파일을 해당 자식 프로세스가 수행할 수 있도록 해야 할 때 사용한다.

 

 

 

 

자식 프로세스가 새롭게 만들어지고 COW에 의하여 stack과 data가 복사되지 않은 상황이다. 이러한 상황 속에서 어차피 새로운 실행파일로 대체될 것이라면 굳이 미리 복사할 필요 없이 나중에 한 번에 대체하는 것이 훨씬 효율적인 것이다.

 

 

즉, exec가 동작함으로 인해 a.out의 실행파일은 new.exe로 대체될 것이다.

 

 

 

 

 

 

Booting a Computer

 

리눅스 운영체제가 부팅되는 상황을 가정해 보자.

 

 

전원이 들어간 상황에서 ROM이라는 Read Only Memory에서 BIOS가 실행된다.

 

 

그러면 여러 가지 하드웨어 오류를 검사하고 보조기억장치에 있는 Boot Loader라는 것을 호출한다.

 

 

Boot Loader는 메인 메모리로 로드되고 이제 진짜 Kernel 운영체제를 메인 메모리로 가져오는 역할을 한다.

 

 

그리고 운영체제는 압축된 이미지를 풀고, 파라미터 값을 초기화한 후에 "init" 프로세스를 실행한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

swapper(idle) process는 프로세스가 만든 것이 아니라, 운영체제가 수동으로 만든 프로세스이다. 즉, 커널 내의 코드를 통해서 만들어 낸 것이다.

 

 

이 프로세스는 _fork()_를 통해 최초의 PID 1번인 init 프로세스를 만든다. 그리고 _exec()_를 통해서 그 역할에 맞는 코드를 실행할 수 있도록 한다.

 

 

헷갈리면 안 되는 것은 _fork()_를 통해서 PCB와 같은 자원들을 만들고, _exec()_를 통해 뭉치가 교체될 수 있도록 하는 것이다.