2 분 소요

:fire: 목표

1. 선점, 비선점 정책
2. 효율적인 프로세스 관리를 위한 스케줄링 방법
3. 교착 상태의 발생 조건과 관리법
4. 프로세스 VS 스레드

:speech_balloon: 1. 선점, 비선점

간단하게 OS 기준으로 선점이 가능한지 불가능한지 생각하면 간편하다.

  • 선점 : OS가 CPU 사용권을 선점할 수 있고, 강제 회수 가능
  • 비선점 : OS가 CPU 사용권을 선점할 수 없음, 프로세스 종료 또는 I/O 이벤트가 있을 때 까지 실행 보장

따라서 OS는 프로세스를 아래와 같은 상태로 관리한다. 프로세스상태

  • Interrupt, Dispatch : 선점 스케줄링
  • I/O 또는 프로세스 종료 같은 이벤트 : 비선점 스케줄링

:speech_balloon: 2. 프로세스 스케줄링

프로세스를 스케줄링 하는 목적은 CPU를 쉬지 않고 효율적 사용을 기초로, 균형있는 자원 사용과 처리율 증가, 오버헤드,응답시간,반환시간 최소화 등의 목적을 가진다.

따라서 위의 선점, 비선점 스케줄링 기법을 통해 프로세스 상태를 관리한다.

  • 선점 스케줄링
    • 장점 : 우선순위가 높은 프로세스를 빠르게 처리 가능, 시분할 시스템에 용이
    • 단점 : 많은 오버헤드를 초래, 인터럽트용 타이머 클록이 필요
    • 예시 : RoundRobin, Priority Scheduling
  • 비선점 스케줄링
    • 장점 : 응답시간 예측이 편하고, 일괄처리 방식에 적합
    • 단점 : 중요한 작업이 와도 우선 처리 불가
    • 예시 : FCFS, SJF, HRN

:speech_balloon: 3. 교착상태

선점, 비선점 스케줄링을 통해 프로세스 간 상태 변경이 발생하고, 그리고 프로세스간 공유메모리, 메시지 패싱 등을 통한 통신이 발생하며, 다수의 프로세스가 사용하는 시스템 자원의 요구가 뒤엉킨 상황이 발생합니다.

이렇게 뒤엉킨 상황 중에서 둘 이상의 프로세스가 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 서로 무한으로 기다릴 때 해당 상황을 교착 상태라고 합니다.
(직장 내에서 자주 일어나는 상황이죠…)

위의 교착 상태가 발생하는 조건은 크게 4가지 입니다.

  1. 한 자원은 하나의 프로세스만 사용할 수 있다 (상호 배제)
  2. 프로세스가 자원을 하나 보유하고, 다른 프로세스에 할당된 자원을 점유하기 위해 대기 (점유 대기)
  3. 이미 할당된 자원을 강제로 뺏을 수 없다 (비선점)
  4. 대기하는 프로세스들이 순환 형태로 자원을 할당 받기를 기다린다 (순환 대기)

위의 조건으로 발생할 수 있는 교착 상태를 해결하기 위한 해결 정책은 크게 3개로 분류가 됩니다.

  1. 교착 상태가 발생하지 않도록 예방
    • (위의 4가지 조건 중 하나라도 부정)
  2. 교착 상태는 발생할 수 있으니 회피
    • (자원을 모두 잘 쓸수 있는 정책 생성[은행원알고리즘])
  3. 교착 상태는 발생하니까 탐지하고 회복
    • (그래프를 통한 탐지,순한대기 탈출)

:speech_balloon: 4. 프로세스vs스레드

스레드

프로세스는 일반적으로 독립적인 상태로 프로세스 내에 아래와 같은 5가지 영역으로 분류가 됩니다.

  1. CODE
  2. DATA
  3. HEAP
  4. 메인스레드
  5. 메인스레드 내 STACK

스레드는 일반적으로 프로세스의 하위 집합으로 프로세스 내에서 메인스레드를 제외하고 다수 개 생성이 가능합니다.

프로세스와 스레드 큰 차이점은 스레드는 CODE, DATA, HEAP 영역은 서로 공유하고, 각 스레드 내에는 STACK영역을 독립적으로 가지고 있다는 점 입니다.
또한 프로세스 보다 가볍고, 스레드 간의 Context-Switch는 프로세스보다 더 빠르다는 장점이 있습니다.

프로세스 대비 스레드의 장/단점을 비교하면

스레드의 장점

  • 리소스 감소 : 스레드를 사용하면 멀티 프로세스 환경 보다 적은 리소스를 사용해서 어플리케이션을 작동할 수 있습니다.
  • 통신, 공유 간소화 : 스레드는 CODE,DATA 영역을 공유하기 때문에 통신 리소스가 감소합니다.

스레드의 단점

  • 디버깅이 어렵다 : 자체 주소 공간을 가지고 있지 않고, 프로세스 하위에 있기 때문에 프로그램 디버깅이 어렵습니다.
  • 영향도 전파 : 하나의 스레드에 문제가 생기면 전체적인 프로세스에 영향을 끼칩니다.

:memo: 결론

1. 선점(뺏을 수 있다), 비선점(뺏을 수 없다)
2. 프로세스 스케줄링 : 선점(시분할,RR), 비선점(배치,FCFS)
3. 교착상태 : 상호배제, 점유대기, 비선점, 순환대기
4. 프로세스 VS 스레드 : 스레드 가볍다, 프로세스 독립적이다

:question: 추후 공부할 것

1. 동시성 처리에 대한 해결 방안 (RaceCondition,세마포어,뮤텍스)