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09. Process State와 Switch, Kernel

in Study / Computer Science / Operating System on Blog

Process State Model

Process의 상태가 변화되는 과정을 모델화 한 것

  • Two State Process Model

    • 상태 종류

      • Not Running

        Queue에서 대기 중인 상태

      • Running

        Dispatcher에 의해 선택되어 CPU에서 Running 중인 상태

    • 과정

      1. Process가 Queue에 적재됨

      2. Queue에 들어있는 Process 중 하나를 Dispatcher가 Scheduiling 기법에 따라서 골라서 Processor에서 수행 => Running 상태

      3. 만약 끝나면 그대로 Exit

      4. Time Slicing을 다 사용하면 Pause 되어 다시 Queue로 돌아감 => Not Running 상태

      • 문제점

        사용자로부터 Input 입력 등 IO Request가 필요할 때 Event가 올 때까지 대기해야 하기 때문에 IO 입력 대기 중인 Process를 다시 Running 상태로 올리는 비효율적인 문제 존재

  • Five State Process Model

    Not Running 상태를 Ready와 Blocked로 세부화함

    • 상태 종류

      • New

        프로세스 생성

      • Ready
      • Running
      • Blocked

        프로세스가 I/O관련 작업을 처리할 때 전환되는 상태

        I/O 작업이 끝나면 다시 Ready 상태로 돌아가 선택되길 기다림 Time out은 여기로 안옴

      • Exit

  • Seven State Process Model

    메모리의 공간이 부족해지면 Process를 잠시 Disk로 옮겨야 함 => Suspend

    => 우선순위에 따라 Blocked 상태의 Process를 옮길 수도, Ready 상태의 Process를 옮길 수도 있음, 심지어 Running 상태에 있던 것도 Suspend될 수 있음

    => Five State Process Model에서 Ready Suspended, Block Suspended 상태가 추가됨

    • 상태 종류

      • New
      • Ready
      • Running
      • Blocked

        Running 중 I/O 작업 발생했을 때 전환되는 상태

        Event가 발생하면 다시 Ready 상태로 전환됨

      • Blocked Suspend

        Block 상태에서 Suspend 된 상태

        다시 공간이 생겨 Activate 될 때 Blocked 상태로 전환

        만약 Suspend된 상태에서 Event가 발생하면 Ready Suspend 상태로 전환

      • Ready Suspend

        New or Ready or Running 상태에서 공간 부족으로 Suspend된 상태

        다시 공간이 생겨 Activate 될 때 Ready 상태로 전환

      • Exit

Swapping

프로세스를 Main memory에서 Disk로 옮기는 것

OS에서 낮은 우선순위의 Process를 우선적으로 Swapping해서 Suspended queue에 적재

Mode Switch

User Mode에서 Kernel Mode, Kernel Mode에서 User Mode로 Mode를 전환하는 것

Process는 바뀌는 것 X

Process Switch

Process가 다른 것으로 바뀌는 것

  • 과정
    1. Current Process의 Processor의 context(pc, sp, psw )를 저장
    2. Current Process의 PCB를 Update (Ready, Blocked 등)
    3. Current Process의 PCB를 적절한 Queue로 이동
    4. 다음으로 실행시킬 Process를 결정
    5. 결정한 Process의 PCB를 Update (Running 상태로)
    6. TLB를 Update
    7. Process의 Processor의 context를 복원

Process Switch가 Mode Switch가 훨씬 Cost가 높음

Kernel Model 종류 (OS 실행 모델)

  • Nonprocess Kernel

    전통적인 방식

    Kernel이 분리된 Entity로서 실행됨

    => User Process에서 Kernel로 들어가는 것이 Process Switch와 대등

  • Execution within User Processes (Common in OS)

    User Processes 내부에서 커널 작동

    Kernerl 내에서 실행되는 함수들의 Execution Sequence를 관리하기 위한 Kernel Stack이 필요

    각 Process Image가 Kernel Stack도 포함함

    => Timer등 간단한 작업을 위해 Kernel로 들어가는 것은 Process 내 Kernel에서 처리하고 이는 Mode Switch에 해당

  • Process-Based Operating System (Modular OS)

    Kernel을 아주 핵심적인 Code로 구성하고, 나머지 Kernel 기능들을 User Process Level로 올려서 마치 사용자들이 Module처럼 유연한 설계가 가능한 OS Kernel 방식

    Non Critical한 OS Function을 Process Level로 분리

Kernel Stack

하나의 Process에는 일반 Stack과 Kernel에서 Kernel 함수를 수행하기 위한 Kernel Stack으로 2가지의 Stack이 존재

  • 장점

    • 자원을 보호할 수 있음 (user stack이 더렵혀졌을 때도 Kernel을 실행시킬 수 있음)

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