뜨균이의 개발 생활

프로세스 관리

운영 체제(OS)의 프로세스 관리 방법은 컴퓨터 시스템의 효율성과 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 
프로세스 관리는 여러 프로세스가 시스템 자원을 효율적으로 사용할 수 있도록 조정하고 제어하는 것을 포함합니다. 
프로세스 관리의 주요 요소와 방법을 설명하겠습니다.

1. 프로세스 개념

프로세스

실행 중인 프로그램의 인스턴스를 의미합니다. 
프로세스는 코드, 데이터, 스택, 프로세스 제어 블록(PCB) 등으로 구성됩니다.

프로세스 제어 블록(PCB)

운영 체제가 각 프로세스를 관리하기 위해 사용하는 데이터 구조로, 프로세스의 상태, 프로그램 카운터, CPU 레지스터, 메모리 관리 정보 등을 포함합니다.

2. 프로세스 상태 
프로세스는 실행 중에 여러 상태를 거칩니다. 
주요 상태는 다음과 같습니다.

생성(New)

프로세스가 생성되고 있는 상태입니다.

준비(Ready)

실행 준비가 완료되어 CPU 할당을 기다리고 있는 상태입니다.

실행(Running)

CPU를 할당받아 실행 중인 상태입니다.

대기(Waiting)

입출력 작업 등의 이벤트를 기다리는 상태입니다.

종료(Terminated)

프로세스 실행이 완료된 상태입니다.

3. 프로세스 스케줄링
운영 체제는 CPU 시간을 효율적으로 분배하기 위해 프로세스 스케줄링을 수행합니다. 
주요 스케줄링 알고리즘은 다음과 같습니다.

선입선출(First-Come, First-Served, FCFS)

먼저 도착한 프로세스를 먼저 실행합니다.

최단 작업 우선(Shortest Job Next, SJN)

실행 시간이 가장 짧은 프로세스를 먼저 실행합니다.

우선순위(Priority Scheduling)

우선순위가 높은 프로세스를 먼저 실행합니다.

라운드 로빈(Round Robin)

각 프로세스에 동일한 시간 할당량을 주고 순환하며 실행합니다.

다단계 큐(Multi-Level Queue)

프로세스를 여러 큐로 분류하고 각 큐에 다른 스케줄링 알고리즘을 적용합니다.

4. 프로세스 생성과 종료

프로세스 생성

fork()

UNIX 시스템에서 새로운 프로세스를 생성하는 시스템 호출입니다. 
부모 프로세스의 주소 공간을 복사하여 자식 프로세스를 생성합니다.

exec()

자식 프로세스가 새로운 프로그램을 실행하도록 합니다.

CreateProcess()

Windows 시스템에서 새로운 프로세스를 생성하는 함수입니다.

프로세스 종료

exit()

프로세스가 종료할 때 호출되는 함수로, 사용한 자원을 반환합니다.

wait()

부모 프로세스가 자식 프로세스의 종료를 기다리게 합니다.

kill()

특정 프로세스를 강제로 종료하는 시스템 호출입니다.

5. 프로세스 동기화
프로세스 간의 상호작용을 조정하기 위해 동기화 기법을 사용합니다.
주요 동기화 기법은 다음과 같습니다.

세마포어(Semaphore)

공유 자원의 접근을 제어하는 정수 변수입니다. 
P(wait)와 V(signal) 연산을 사용하여 접근을 제어합니다.

뮤텍스(Mutex)

상호 배제 기법으로, 한 번에 하나의 프로세스만 임계 구역에 접근할 수 있도록 합니다.

모니터(Monitor)

동기화 문제를 해결하기 위해 고안된 고수준의 추상화입니다.

6. 프로세스 통신
프로세스 간의 데이터 교환과 상호작용을 위해 다양한 통신 기법을 사용합니다.

파이프(Pipe)

단방향 통신 채널로, 한 프로세스에서 다른 프로세스로 데이터를 전달합니다.

메시지 큐(Message Queue)

메시지를 큐에 저장하고, 프로세스 간에 메시지를 교환합니다.

공유 메모리(Shared Memory)

프로세스들이 공통 메모리 영역을 공유하여 데이터를 교환합니다.

소켓(Socket)

네트워크를 통한 프로세스 간 통신을 지원합니다.

운영 체제의 프로세스 관리 방법은 시스템의 효율성과 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 
프로세스 생성, 스케줄링, 동기화, 통신 등의 기법을 통해 여러 프로세스가 효율적으로 자원을 공유하고 협력할 수 있도록 합니다. 
이러한 기법들을 이해하고 활용하면 운영 체제의 작동 원리를 깊이 이해하고, 보다 효율적인 시스템을 설계할 수 있습니다.