[정보처리기사 필기] 4과목 - 프로세스, 스레드, CPU 스케줄링 알고리즘

프로세스(Process)

프로세서(CPU)에 의해 처리되는 실행 중인 프로그램(사용자 프로그램, 시스템 프로그램)을 의미, 작업(Job), 태스크(Task)라고도 함

 

정의

• PCB를 가진 프로그램
• 실기억장치에 저장되는 프로그램
• 프로세서가 할당되는 실체로 디스패치가 가능한 단위
• 프로시저가 활동중인 것
• 비동기적 행위를 일으키는 주체
• 지정된 결과를 얻기 위한 일련의 계통적 동작
• 목적 또는 결과에 따라 발생되는 사건들의 과정
• 운영체제가 관리하는 실행 단위

 

 

PCB(Process Control Block)

운영체제가 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장해 놓는 곳, Task Control Block 또는 Job Control Block이라고도 함

• 각 프로세스가 생성될 때마다 고유의 PCB가 생성
• 프로세스가 완료되면 PCB는 제거

 

PCB에 저장되어 있는 정보

• 프로세스의 현재 상태
• 포인터
  • 부모 프로세스에 대한 포인터
  • 자식 프로세스에 대한 포인터
  • 프로세스가 위치한 메모리에 대한 포인터
  • 할당된 자원에 대한 포인터

 

• 프로세스 고유 식별자
• 스케줄링 및 프로세스의 우선순위
• CPU 레지스터 정보
• 주기억장치 관리 정보
• 입,출력 상태 정보
• 계정 정보

 

 

 

프로세스 상태 전이

프로세스가 시스템 내에 존재하는 동안 프로세스의 상태가 변하는 것

 

상태 분류

• 제출(Submit) : 작업을 처리하기 위해 사용자가 작업을 시스템에 제출한 상태
• 접수(Hold) : 제출된 작업이 스풀 공간인 디스크의 할당 위치에 저장된 상태
• 준비(Ready) : 프로세스가 프로세서를 할당받기 위해 기다리고 있는 상태
• 실행(Run) : 준비상태 큐에 있는 프로세스가 프로세서를 할당받아 실행되는 상태
• 대기(Wait), 보류, 블록(Block) : 프로세스에 입출력 처리가 필요하면 현재 실행 중인 프로세스가 중단되고, 입출력 처리가 완료될 때까지 대기하고 있는 상태
• 종료(Terminated, Exit) : 프로세스의 실행이 끝나고 프로세스 할당이 해제된 상태

 

 

관련 용어

Dispatch	준비 상태에서 대기하고 있는 프로세스 중 하나가 프로세서를 할당받아 실행 상태로 전이되는 과정
Wake Up	입출력 작업이 완료되어 프로세스가 대기 상태에서 준비 상태로 전이 되는 과정
Spooling	입출력장치의 공유 및 상대적으로 느린 입출력장치의 처리 속도를 보완하고 다중 프로그래밍 시스템의 성능을 향상 시키기 위해 입출력할 데이터를 직접 입출력 장치에 보내지 않고 나중에 한꺼번에 입출력하기 위해 디스크에 저장하는 과정
교통량 제어기 (Traffic Controller)	프로세스의 상태에 대한 조사와 통보를 담당함

 

 

스레드(Thread)

프로세스 내에서의 작업 단위로서 시스템의 여러 자원을 할당받아 실행하는 프로그램의 단위

• 단일 스레드(Single Thread) : 하나의 프로세스에 하나의 스레드가 존재하는 경우
• 단중 스레드(Multi Thread) : 하나 이상의 스레드가 존재하는 경우
• 프로세스의 일부 특성을 갖고 있기 때문에 경량(Light Weight) 프로세스라고도 함
• 스레드 기반 시스템에서 스레드는 독립적인 스케줄링의 최소 단위로서 프로세스의 역할을 담당함
• 동일 프로세스 환경에서 서로 독립적인 다중 수행이 가능

 

스레드의 분류

• 사용자 수준의 스레드
  • 사용자가 만든 라이브러리를 사용해 스레드를 운용
  • 속도는 빠르지만 구현이 어려움

 

• 커널 수준의 스레드
  • 운영체제의 커널에 의해 스레드를 운용
  • 구현이 쉽지만 속도가 느림

 

스레드 사용의 장점

• 하나의 프로세스를 여러 개의 스레드로 생성하여 병행성을 증진시킬 수 있다.
• 하드웨어, 운영체제의 성능과 응용 프로그램의 처리율을 향상시킬 수 있다.
• 응용 프로그램의 응답 시간(Response Time)을 단축시킬 수 있다.
• 실행 환경을 공유시켜 기억장소의 낭비가 줄어든다.
• 프로세스들 간의 통신이 향상된다.
• 스레드는 공통적으로 접근 가능한 기억장치를 통해 효율적으로 통신한다.

 

 

CPU 스케줄링

FCFS(First Come First Service, 선입 선출) = FIFO(First In First Out)

• 준비상태 큐(대기 큐, 준비 완료 리스트, 작업 준비 큐, 스케줄링 큐)에 도착한 순서에 따라 차례로 CPU를 할당하는 기법
• 가장 간단한 알고리즘
• 먼저 도착한 것이 먼저 처리, 공평성은 유지되나 짧은 작업이 긴 작업을, 중요한 작업이 중요하지 않은 작업을 기다리게 됨

 

 

SJF(Shortest Job First, 단기 작업 우선)

• 준비상태 큐에서 기다리고 있는 프로세스들 중에서 실행 시간이 가장 짧은 프로세스에게 먼저 CPU를 할당하는 기법
  • 가장 적은 평균 대기 시간을 제공하는 최적 알고리즘이다.

 

HRN(Hightest Response-ratio Next)

• 실행 시간이 긴 프로세스에 불리한 SJF 기법을 보완하기 위한 것으로, 대기 시간과 서비스(실행) 시간을 이용하는 기법
  • 우선순위 계산 공식을 이용하여 서비스(실행) 시간이 짧은 프로세스나 대기 시간이 긴 프로세스에게 우선순위를 주어 CPU를 할당
  • 서비스 실행 시간이 짧거나 대기 시간이 긴 프로세스일 경우 우선순위가 높아진다.
  • 우선순위를 계산하여 그 숫자가 가장 높은 것부터 낮은 순으로 우선순위가 부여된다.
• 우선순위 계산식 : 우선순위 = 대기 시간 + 서비스 시간 / 서비스 시간