[운영체제] 프로세스 상태

본 게시글은 KOCW 이화여자대학교 반효경 교수님의 <운영체제> 강의를 듣고,
<혼자 공부하는 컴퓨터구조 + 운영체제> 책을 참고하여 정리한 내용입니다.
게시글에 포함되는 이미지 자료는 <운영체제> 강의에 포함된 강의 자료입니다.

프로세스의 상태

하나의 컴퓨터에서 여러 프로세스들이 빠르게 번갈아 가면서 실행되는 과정에서 하나의 프로세스는 여러 상태를 거치며 실행됩니다. 그리고 운영 체제는 프로세스의 상태를 PCB를 통해 인식하고 관리합니다. 프로세스가 가질 수 있는 대표적인 상태는 다음과 같습니다.

 

1. 생성 상태 - new 

프로세스가 생성 중인 상태를 생성 상태(new) 라고 합니다.

 

2. 실행 상태 - running 

CPU를 할당 받아 실행 중(= instruction을 수행 중)인 상태를 실행 상태(running)라고 합니다.

우리가 사용하는 대부분의 컴퓨터는 CPU가 하나인 컴퓨터이기 때문에 실행 상태의 프로세스는 매 순간 하나입니다.

실행 상태인 프로세스는 할당된 일정 시간 동안만 CPU를 사용할 수 있습니다.

 

3. 준비 상태 - ready

CPU를 사용하기 위해 기다리는 프로세스들은 준비 상태(ready)의 프로세스들입니다.

단, 준비 상태의 프로세스들은 실행을 하기 위한 모든 준비가 다 끝나있는(메모리 등 다른 조건 모두 만족) 프로세스들입니다. 당장이라도 CPU를 할당받아 실행할 수 있지만, 아직 자신의 차례가 아니기에 기다리고 있는 상태입니다.

 

4. 대기 상태 - blocked

CPU를 얻어도 당장 instruction 수행이 불가한 프로세스의 상태를 대기 상태(blocked)라고 합니다.

프로세스 자신이 요청한 이벤트(대부분 I/O 작업)가 즉시 만족되지 않아 이를 기다리는 상태로, 요청 이벤트가 완료되면 해당 프로세스는 다시 준비 상태(ready)로 CPU 할당을 기다리게 됩니다.

 

5. 종료 상태 - terminated

종료 상태 (terminated)는 프로세스의 수행(execution)이 끝나 종료된 상태입니다. 프로세스가 종료되면 운영체제는 PCB와 프로세스가 사용한 메모리를 정리합니다.

 

프로세스의 상태 변화 과정을 그림으로 나타내면 아래와 같습니다.

 

프로세스 상태도

프로세스 스케줄링 큐

프로세스 스케줄링은 queue 자료구조를 이용하며, 프로세스들은 스케줄러 알고리즘에 따라 여러 queue 사이를 옮겨다니며 작업을 수행합니다.

 

1. Job Queue : Ready + Device

현재 시스템 내의 모든 프로세스의 집합

 

2. Ready Queue

현재 메모리 내에 있으면서, CPU를 할당 받아 실행되기를 기다리는 프로세스의 집합

 

3. Device Queue

I/O device 의 처리를 기다리는 프로세스의 집합

 

프로세스는 Ready 큐, Device 큐를 오가며 실행되며, 위와 같은 스케줄링 큐는 PCB의 연결 리스트로 관리됩니다.

스케줄러 (Scheduler)

스케줄러가 프로세스를 큐에 넣고 빼주는 역할을 수행하며 프로세스의 순서를 관리합니다.

Short-term scheduler (단기 스케줄러, CPU scheduler)

• 보통 스케줄이 이루어지는 단위가 millisecond 단위 (잦은 스케줄이 이루어짐)
• 다음에 어떤 프로세스한테 CPU를 할당할 것인지를 결정 (다음번에 어떤 프로세스를 running 시킬지)

Long-term scheduler (장기 스케줄러, job scheduler)

• 시작(new) 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정 (new → ready 과정에서 프로세스가 메모리에 올라가는 것을 admit)
• 메모리를 어떤 프로세스한테 줄지를 결정
• degree of multiprogramming을 제어 (메모리에 컴퓨터 프로그램 몇 개를 올려놓을지를 결정)
• time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없음 (무조건 ready)

Medium-term scheduler (중기 스케줄러, Swapper)

• 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 통째로 메모리에서 디스크로 쫓아냄
• Ready/Running -(Medium-term Scheduler)-> Suspended
• 전체적으로 시스템의 성능이 좋아지도록 degree of multiprogramming을 제어 (메모리에서 내림)
• 프로세스의 상태에 suspended 상태가 추가 되게 됨

프로세스의 상태 - Suspended(Stopped)

Suspended 상태는 중기 스케줄러 때문에 추가된 프로세스의 상태로, 외부적인 이유로 프로세스의 수행이 정지된 상태입니다.

프로세스가 Suspended 상태가 되면 프로세스는 통째로 디스크에 swap out 됩니다.

Suspended 상태는 swap out이 되어 메모리를 완전히 잃어버리게 되는 상태이기 때문에 CPU 관점에서 아무일을 할 수 없는 상태입니다. (but I/O 작업이 진행 중이었다면 이것이 진행되어 Suspended Ready 상태로 넘어갈 수 있다.)

 

ex) 사용자가 프로그램을 일시 정지시킨 경우, 시스템이 여러 이유로 프로세스를 잠시 중단시킨 경우 (메모리에 너무 많은 프로세스가 올라와 있을 때)

 

Suspended가 추가된 프로세스 상태도