프로세스와 스레드

프로세스

프로세스는 CPU 스케줄링의 대상이 되는 작업으로, 프로그램이 메모리에 올라가 인스턴스화된 것(= 실행 중인 프로그램)

	프로그램	프로세스
정의, 상태	특정 작업을 위해 작성된 코드의 집합 HDD, SSD에 저장된 정적 상태	실행 중인 프로그램 메모리에 로드되어 동적으로 작동
자원 사용	저장을 위한 디스크 공간만 존재	CPU, 메모리 주소, 디스크 등 다양한 시스템 자원 사용
인스턴스화	하나의 프로그램 파일로 존재	여러 번 실행되면 여러 개 생성됨
특성	수동, 정적 엔티티 실행 전까지 어떤 작업도 수행 X	동적, 활성화된 엔티티 OS에 의해 관리됨

프로세스 메모리 구조

메모리에는 컴퓨터가 실행되는 순간부터 다양한 프로세스들이 적재되어 실행된다. 프로세스 유형은 다음과 같다.

• 포그라운드 프로세스(foreground process): 사용자가 보는 공간에서 사용자와 상호작용하며 실행되는 프로세스(ex: 터미널 명령어)
• 백그라운드 프로세스(background process): 사용자가 보지 못하는 곳에서 실행되는 프로세스
  • 데몬(daemon): 사용자와 별다른 상호작용 없이 주어진 작업만 수행하는 특별한 백그라운드 프로세스 

하나의 프로세스를 구성하는 메모리 내 커널 영역에는 프로세스 제어 블록(PCB) 정보가 저장되고, 사용자 영역에는 실행 중인 프로세스가 코드 영역, 데이터 영역, 힙 영역, 스택 영역으로 나뉘어 저장된다.

메모리 내 프로세스 구성

코드 영역(TEXT 영역)

- 실행 가능한 기계어로 이루어진 명령어가 저장되는 공간

- CPU가 읽고 실행할 명령어가 담겨 있기 때문에 쓰기가 금지되어 있는 읽기 전용(read-only)

- 프로그램 실행 도중 크기가 변하지 않기 때문에 정적 할당 영역

 

데이터 영역

- 프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터가 저장되는 공간

- 전역변수, 정적 변수 저장

- 프로그램 실행 도중 크기가 변하지 않기 때문에 정적 할당 영역

• BSS segment: 전역 변수, static & const로 선언, 0으로 초기화 또는 초기화가 어떤 값으로도 되어 있지 않은 변수

• Data segment: 전역 변수, static & const로 선언, 0이 아닌 값으로 초기화된 변수

 

힙 영역

- 프로그램을 만든 사용자(개발자)가 직접 할당 가능한 저장 공간(ex: 동적 배열 malloc, 객체 new 등)으로, 프로그램 실행 도중 비교적 자유롭게 할당해 사용 가능한 메모리 공간

- 힙 영역에 메모리 공간을 할당한 경우, 반드시 해당 공간 반환해야 함! → 메모리 누수 문제 발생(프로그래밍 언어 자체에서 사용하지 않은 힙 메모리를 해제하는 가비지 컬렉션 기능 제공하기도 함)

메모리 누수(memory leak): 메모리 공간을 반환하지 않아 할당한 공간이 계속 메모리 내에 남아 메모리를 낭비하는 문제

 

- 프로그램 실행 중 크기가 변할 수 있는 동적 할당 영역

- 동적 할당을 위해 낮은 주소에서 높은 주소 방향(Bottom-up)으로 메모리 할당함

- 런타임에 힙의 크기가 결정된다.

런 타임: 컴파일 과정을 마친 프로그램이 사용자에 의해 실행되고 동작되는 시점

 

스택 영역

- 일시적으로 사용할 값들이 저장되는 공간으로, 함수의 실행이 끝나면 사라지는 매개변수, 지역 변수, 함수 복귀 주소 등이 저장된다.

- 스택 트레이스 형태의 함수 호출 정보가 저장될 수 있다.

스택 트레이스(stack trace): 특정 시점에 스택 영역에 저장된 함수 호출 정보로, 문제의 발생 지점을 추적할 수 있어 디버깅에 유용하게 사용된다.

 

- 함수 호출 시 생성 & 종료 시 제거되는 활성화 레코드 pop/push

- 높은 주소에서 낮은 주소 방향으로 할당된다.

- 컴파일 타임에 스택 크기가 결정된다.

컴파일 타임: 소스코드가 실행 가능한 기계어 코드로 변환되어 머신에서 실행 가능한 프로그램이 되는 과정

 

사용자 영역 메모리 구조

힙 vs 스택

스택과 힙 영역은 같은 공간을 사용하기 때문에, 스택 영역이 클수록 힙 영역이 작아지고. 스택 영역이 작을수록 힙 영역이 커진다.

유저 영역보다 높은 주소에 커널 영역이 있기 때문에 커널 영역을 보호하기 위해 유저의 스택 영역은 높은 주소 → 낮은 주소 방향으로 할당되고, 힙 영역은 낮은 주소 → 높은 주소 방향으로 할당된다.

스택과 힙 영역이 서로 상대의 영역을 침범하게 되면, 스택 오버플로우(Stack Overflow)와 힙 오버플로우(Heap Overflow)가 발생한다.

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프로세스 제어 블록(PCB, Process Control Block)

운영체제가 메모리에 적재된 다수의 프로세스를 관리하려면 프로세스를 식별할 수 있는 커널 영역 내의 정보가 필요하다. 이 정보가 바로 프로세스 제어 블록(PCB)이다.

PCB는 운영체제에서 프로세스에 대한 메타데이터를 저장한 데이터로, 프로세스와 관련된 다양한 정보를 내포하는 구조체의 일종이다.

구조체(struct): 서로 다른 자료형으로 이루어진 데이터를 하나로 묶어 활용할 수 있도록 하는 복합 자료형의 일종

 

- 새로운 프로세스가 메모리에 적재(프로세스 생성)됐을 때 커널 영역에 만들어지고, 프로세스 실행이 끝나면 폐기된다.

- 프로세스의 중요한 정보를 포함하고 있기 때문에 일반 사용자가 접근하지 못하도록 커널 스택의 가장 앞 부분에서 관리됨

 

PCB 정보

https://velog.io/@sweet_sumin/PCBTCB

• 프로세스 식별자(PID): 각 프로세스의 고유한 ID
• 프로세스 상태: 실행, 대기, 정지 상태 등
• 프로그램 카운터: 다음에 실행할 명령어의 주소
• 실행 과정에서 사용한 CPU 레지스터 값: 누산기(Accumulator), 스택 포인터, 베이스 레지스터 등
• CPU 스케줄링 정보: CPU 스케줄러에 의해 중단된 시간 등에 대한 정보
• 메모리 관련 정보: 프로세스의 메모리상 적재 위치
• I/O 상태 정보: 프로세스에 할당된 I/O 디바이스 목록
• 계정 정보: 프로세스 실행에 사용된 CPU 사용량, 실행한 유저의 정보
• 포인터: 부모 프로세스에 대한 포인터, 자식 프로세스에 대한 포인터, 프로세스가 위한 메모리 주소에 대한 포인터, 할당된 자원에 대한 포인터 정보 등. 프로세스가 준비상태나 대기 상태일 경우 큐로 운영이 되는데, PCB을 연결 시 큐로 구현하기 위해 포인터 사용

https://gist.github.com/taekwon-dev/9b68c27b95c5e0e8e13c73d56b3a4d0f

 

- 여러 PCB들은 커널 내의 프로세스 테이블의 형태로 관리되는 경우가 많다. 즉, 프로세스 테이블은 실행 중인 PCB의 모음

- 새롭게 실행되는 프로세스가 있으면 해당 프로세스의 PCB를 프로세스 테이블에 추가하고, 필요한 자원을 할당한다. 반대로, 종료되는 프로세스가 있다면 사용 중이던 자원 해제하고 PCB도 프로세스 테이블에서 삭제한다.

- 프로세스 테이블 사용으로 운영체제는 빠르게 PCB에 접근 가능하다.

좀비 프로세스: 프로세스가 비정상 종료되어 사용한 자원이 회수되었음에도 프로세스 테이블에 종료된 프로세스의 PCB가 남아 있는 경우

프로세스 테이블(https://velog.io/@sweet_sumin/PCBTCB)

 

문맥 교환(Context Switching)

메모리에 적재된 프로세스들은 한정된 시간 동안 번갈아 가며 실행된다. (프로세스가 실행된다 = 운영체제 의해 CPU의 자원을 할당받았다)

프로세스의 CPU 사용 시간은 타이머 인터럽트에 의해 제한된다. 프로세스는 자신의 차례가 되면 정해진 시간만큼 CPU를 이용하고, 타이머 인터럽트가 발생하면 자신의 차례를 양보하고 다음 차례가 올 때까지 기다린다.

타이머 인터럽트 예시

위 예시처럼 프로세스 A는 프로그램 카운터를 비롯한 각종 레지스터 값과 메모리 정보, 실행을 위해 열었던 파일, 사용한 입출력장치 등 지금까지의 중간 정보를 백업해야 다음에 다시 프로세스 A를 실행할 때 이전까지 실행했던 내용을 이어서 재개할 수 있음

백업 대상이 되는 중간 정보, 즉 프로세스 수행을 재개하기 위해 기억해야 할 정보를 문맥(context)라고 한다. 프로세스 문맥은 해당 프로세스의 PCB에 명시된다.

프로세스가 CPU를 사용할 수 있는 시간이 다 되거나 인터럽트가 발생하면 운영체제는 해당 프로세스의 PCB에 문맥을 백업하고, 뒤이어 실행할 프로세스의 문맥을 복구한다. 이러한 실행을 문맥 교환이라고 한다. 문맥 교환은 여러 프로세스가 끊임없이 빠르게 번갈아가며 실행되는 원리이다.

 

프로세스 문맥 교환 예시(https://velog.io/@yslys/%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4-%EC%A0%9C%EC%96%B4-%EB%B8%94%EB%A1%9D%EA%B3%BC-%EB%AC%B8%EB%A7%A5%EA%B5%90%ED%99%98)

1. 요청 발생: 인터럽트나 트랩에 의해서 컨텍스트를 바꿔야하는 요청이 들어옴 ex) I/O 입출력, 예외, 시스템 콜 등
2. PCB에 프로세스 정보 저장: 기존에 실행중이던 프로세스 P1과 관련된 정보들을 PCB1에 저장(running → waiting)
3. CPU에 새롭게 할당: 운영체제는 새롭게 실행할 프로세스 P2에 대한 정보를 해당 PCB에서 가져와 CPU 레지스터에 적재
4. 요청 발생: 인터럽트나 트랩에 의해 컨텍스트를 바꿔야 한다는 요청이 들어옴, P2의 상태를 PCB2에 저장
5. PCB1에 저장된 P1의 상태 불러와 복구
6. P1 실행

 

프로세스 간 문맥 교환이 자주 발생하는 것은 좋지 않다. 프로세스 간 너무 잦은 문맥 교환이 발생하면 캐시 미스가 발생할 가능성이 높아져 메모리로부터 실행할 프로세스의 내용을 가져오는 작업이 빈번해지고, 오버헤드로 이어질 수 있다.

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프로세스 상태

하나의 프로세스는 여러 상태를 거치며 실행되는데, 운영체제는 PCB를 통해 프로세스의 상태를 인식하고 관리한다.

프로세스 상태(https://0woy.tistory.com/entry/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9C%EC%99%80-%EC%BB%B4%ED%93%A8%ED%84%B0?category=1221426&utm_source=chatgpt.com%EF%BB%BF)

1. 생성 상태(new)
   프로세스를 생성 중인 상태로, 메모리에 적재되어 PCB를 할당받은 상태이다. 생성 상태를 거쳐 실행할 준비가 완료된 프로세스는 준비 상태가 되어 CPU의 할당을 기다린다.
2. 준비 상태(ready)
   당장 CPU를 할당받아 실행할 수 있지만, 자신의 차례가 아니기 떄문에 기다리고 있는 상태이다. 즉, CPU 스케줄러로부터 CPU 소유권이 넘어오길 기다리는 상태이다.
   준비 상태인 프로세스가 CPU를 할당받으면 실행 상태가 되며, 전환되는 것을 디스패치(dispatch)라고 한다.
3. 실행 상태(running)
   CPU 소유권과 메모리를 할당받아 실행 중인 상태로, 일정 시간 동안만 CPU를 사용할 수 있다. → Instruction을 수행 중인 상태(CPU burst)
   타이머 인터럽트가 발생해서 프로세스가 할당된 시간을 모두 사용하면 다시 준비 상태가 되고, 실행 도중 입출력장치를 사용해 입출력장치의 작업이 끝날 때까지 기다려야 하면 대기 상태가 된다.
   • Instruction: 컴퓨터가 수행해야 할 작업을 기술한 명령들 혹은 프로그램 실행의 기본 단위로, CPU는 프로그램 실행 중 각 명령어를 순차적으로 가져오고(fetch), 해석(decode) 후 실행(execute)하는 사이클 반복(이때, 명령어는 메모리에서 가져와 실행함)
   • cpu brust: 프로세스가 cpu를 독점적으로 사용해 연속적으로 명령어를 실행하는 구간으로, I/O 작업 없이 오직 CPU에서 연산만 수행
4. 대기 상태(blocked)
   프로세스가 입출력 작업을 요청하거나 바로 확보할 수 없는 자원을 요청하는 등 곧장 실행이 불가능한 조건에 놓이는 경우 대기 상태가 된다.(I/O 인터럽트)
   대기 상태였던 프로세스는 입출력 작업이 완료되는 등 실행 가능한 상태가 되면 다시 준비 상태가 되어 CPU 할당을 기다린다.
5. 종료 상태(terminated)
   프로세스가 종료된 상태로, 프로세스가 종료되면 운영체제는 PCB와 프로세스가 사용한 메모리를 정리한다.
   • 비자발적 종료: 부모 프로세스가 자식 프로세스를 강제 종료시키는 비자발적 종료(abort)
   ① 자식 프로세스에 할당된 자원이 한계치를 넘겼을 때
   ② 부모 프로세스가 종료됐을 때
   ③ 사용자가 process.kill 등 여러 명령어로 프로세스 종료할 때

블로킹 입출력(blocking I/O): 프로세스가 실행 도중 입출력 작업을 수행해야 하는 경우, 해당 프로세스가 대기 상태로 접어들고, 입출력 작업이 완료되면 준비 상태가 되어 실행을 재개하는 입출력 유형
논블로킹 입출력(non-blocking I/O): 입출력장치에게 입출력 작업을 맡긴 뒤, 곧바로 이어질 명령어를 실행하는 입출력 유형

 

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멀티 프로세스와 멀티 스레드

멀티 프로세스(multi-process)

같은 프로그램의 각기 다른 여러 프로세스로 생성해 동시에 실행하는 방법

ex) 웹 브라우저 탭 - 하나의 탭마다 하나의 프로세스로 동작, 데이터베이스 - 여러 개의 클라이언트 요청을 개별 프로세스로 처리

• 각기 다른 프로세스들이 기본적으로 자원을 공유하지 않고, 독립적으로 실행된다.
  즉, 같은 작업을 수행하고 있지만 각각의 PIC 값이 다르고, 프로세스별로 파일과 입출력장치 등의 자원이 독립적으로 할당되어 다른 프로세스에 영향을 거의 끼치지 않음
• 독립된 메모리 공간 사용: 각 프로세스는 자신만의 주소 공간(코드, 데이터, 힙, 스택 등)을 가진다.
• 프로세스 간 통신(IPC) 필요

[장점]

• 안정성: 한 프로세스가 죽어도 다른 프로세스에 영향을 주지 않음
• 멀티코어 CPU 활용: 여러 개의 코어에서 병렬로 실행 가능
• 운영체제에서 멀티프로세스를 기본적으로 지원: 프로세스 단위의 자원 관리가 체계적임

[단점]

• IPC가 높음: 데이터를 주고 받으려면 별도 통신 방식이 필요함
• 컨텍스트 스위칭 비용 높음: 프로세스 전환 시 메모리 독립성 유지해야 하므로 성능 저하(프로세스 간 문맥 전환 시 캐시 미스 발생)
• 메모리 사용량 많음: 각 프로세스가 독립된 메모리 공간 차지

멀티 스레드(multi-thread)

스레드(thread): 프로세스 내에서 실행되는 가장 작은 실행 단위로, 프로세스는 여러 개의 스레드를 가질 수 있음
- 프로세스 내의 스레드는 Stack을 제외한 메모리 영역 공유

 

멀티 스레드는 프로세스를 동시에 실행하는 여러 스레드를 의미한다.
ex) 웹 서버 - 동시에 여러 클라이언트 요청 처리, 멀티미디어 애플리케이션 - 영상/음향 재생과 기타 작업 동시 수행

• 하나의 스레드는 스레드를 식별할 수 있는 고유 정보인 스레드ID와 프로그램 카운터, 레지스터 값, 스택 등으로 구성된다.
  스레드마다 각각의 프로그램 카운터 값과 스택을 가지고 있기 때문에 스레드마다 다음에 실행할 주소를 가질 수 있고, 연산 과정의 임시저장 값을 가질 수 있다.
• 스레드들은 동일한 주소 공간의 코드, 데이터, 힙 영역을 공유하고, 열린 파일과 같은 프로세스의 자원을 공유한다.
• 독립적인 작업 수행
• CPU의 여러 코어를 효율적으로 활용

[장점]

• 응답성 향상: 한 스레드가 작업 중이어도 다른 스레드가 사용자 입력에 응답 가능
• 자원 효율성: 프로세스보다 적은 메모리와 자원 사용
• 빠른 컨텍스트 스위칭: 스레드 간 전환이 프로세스보다 빠름
• 병렬 처리: 멀티코어 환경에서 여러 작업 동시에 처리 가능

[단점]

• 동기화 문제: 공유 자원에 대한 접근을 조절해야 함
• 디버깅 어려움: 여러 스레드가 동시에 실행되어 버그 추적 복잡
• 데드락 가능성: 스레드 간 자원 경쟁으로 교착 상태 발생 가능

프로세스 컨텍스트 스위칭 vs 스레드 컨텍스트 스위칭

컨텍스트 스위칭 과정에서 PCB 또는 TCB를 사용해 레지스터, 프로그램 카운터, 스택 등의 정보를 저장 및 복원한다.

 

프로세스 컨텍스트 스위칭

타이머 인터럽트 혹은 I/O 인터럽트 발생 시 PCB를 교환하는 과정으로, 컴퓨터는 많은 프로그램을 동시에 실행하는 것처럼 보이지만, 어떤 시점에서 실행되고 있는 프로세스는 단 한 개이다.

1. 현재 프로세스 상태 저장: 레지스터 값, PC, 스택 포인터 등을 PCB에 저장
2. 새로운 프로세스 PCB 로드: PCB 정보 가져와 CPU에 복원
3. 메모리 매핑 변경: 프로세스가 다르면 주소 공간이 다르므로 MMU 설정 변경, TLB FLUSH 발생
   
4. CPU가 새로운 프로세스 실행

TLB Flush
CPU가 프로세스를 사용하면서 TLB에 저장한 (page, frame) 매핑 정보를 모두 지우는 과정으로, 주로 컨텍스트 스위칭 과정에서 발생한다.

 

스레드 컨텍스트 스위칭

같은 프로세스 내 실행 중인 스레드를 변경할 때 발생하는 과정

1. 현재 실행중인 스레드의 상태 저장: 레지스터 값, PC, 스택 포인터 등 TCB에 저장
2. 새로운 스레드의 TCB 로드
3. CPU가 새로운 스레드 실행

즉, 스레드 컨텍스트 스위칭은 주소 공간을 변경하는 메모리 매핑 변경이 발생하지 않기 때문에 비용이 더 낮다.

 

TCB(Thread Control Block)

PCB보다 적은 데이터를 가지는 자료구조로, 메모리 영역 중 PCB는 커널 영역에 있고 TCB는 유저 영역과 커널 영역 둘 다 있을 수 있음

• Thread ID: 스레드가 생성될 때 운영체제에서 스레드에 할당하는 고유 식별자
• 스레드 상태: 스레드가 시스템을 통해 진행된에 따라 변경되는 스레드 상태
• CPU 정보: 스레드가 얼마나 진행되었는지, 어떤 데이터가 사용되고 있는지 등 OS가 알아야 하는 모든 정보가 포함
• 스레드 우선순위: 스레드 스케줄러가 Ready 대기열에서 다음에 선택해야 하는 스레드를 결정하는 데 도움이 되는 다른 스레드에 대한 스레드의 가중치
• PCB를 가리키는 포인터: 이 스레드 생성을 트리거한 프로세스를 가리키는 포인터
• 이 스레드가 생성한 스레드를 가리키는 포인터
• stack 포인터: 스레드가 함수 호출할 때 저장하는 곳

1) 유저 영역(요즘은 거의 사용 안함)

유저 영역 내 TCB(https://velog.io/@sweet_sumin/PCBTCB)

- 스레드를 구현하고 관리하는 것이 유저 영역의 heap에서 한다.

- 스레드 관련 모든 동작이 사용자 영역

 

2) 커널 영역

 

커널 영역 내 TCB(https://velog.io/@sweet_sumin/PCBTCB)

- 커널에서 스레드 관련된 모든 작업(스케줄링, 실행)을 관리한다.

- 사용자 스레드와 커널 스레드가 1:1 매핑되어 있다.

- 커널이 전체 프로세스와 스레드 정보까지 유지한다.

- 스케줄링과 동기화를 위해 더 많은 자원이 필요하다.

- 스레드 교환에 커널 개입으로 사용자 영역에서 커널 영역으로 전환 필요가 있다.

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 프로세스 간 통신(IPC, Inter-Process Communication)

프로세스는 기본적으로 자원을 공유하지 않지만, 프로세스 간에도 자원을 공유하고 데이터를 주고받을 수 있는 방법을 프로세스 간 통신(IPC)라고 한다.

프로세스 간 통신이 이루어지는 방식은 공유 메모리와 메시지 전달이 있다.

공유 메모리

데이터를 주고받는 프로세스가 공통적으로 사용할 메모리 영역을 두는 통신 방식이다.

공유 메모리라는 특별한 메모리 공간을 할당해 프로세스가 해당 메모리 공간을 공유해서 읽거나 쓸 수 있게 된다.

공유 메모리 방식

• 시스템 콜을 기반으로 수행되거나, 프로세스가 공유하는 변수나 파일을 활용할 수 있다.
  ex) 프로세스 A는 hi.txt 파일을 수정하는 프로세스이고, 프로세스 B는 hi.txt 파일을 읽는 프로세스인 경우, hi.txt 파일을 매개로 프로세스 간 통신을 주고 받는다.
• 통신을 주고받는 각 프로세스가 마치 자신의 메모리 영역을 읽고 쓰는 것처럼 통신한다.
• 프로세스가 데이터를 주고받는 과정에서 커널의 개입이 거의 없다.(메시지 전달 방식보다 통신 속도가 빠르다.)
• 각각의 프로세스가 서로의 공유 메모리 영역을 동시에 읽고 쓰는 경우, 데이터의 일관성이 훼손될 수 있다.(레이스 컨디션 발생 위험 존재)

메시지 전달

프로세스 간에 주고받을 데이터가 커널을 거쳐 송수신 되는 통신 방식이다.

메시지를 보내는 수단과 받는 수단이 명확하게 구분되어 있다. 예를 들어, 메시지를 보내는 시스템 콜인 send()라는 시스템 콜과 메시지를 받는 시스템 콜인 recv()라는 시스템 콜이 정해져 있고, 각 프로세스는 두 시스템 콜을 호출하며 메시지를 송수신한다.

• 데이터를 주고받는 프로세스의 입장에서는 커널의 도움을 적극적으로 받을 수 있어 레이스 컨디션, 동기화 등의 문제를 고려하는 일이 상대적으로 적다.
• 주고받는 데이터가 커널을 통해 송수신되므로 공유 메모리 기반 IPC보다 통신 속도가 느리다.
• 대표적인 수단으로 파이프, 시그널, 소켓, 원격 프로시저 호출(RPC) 등이 있다.

파이프(pipe)

단방향 프로세스 간의 통신 도구로, 파이프의 한 쪽 방향에서 데이터를 쓰면 파이프 반대쪽으로 그 데이터를 읽을 수 있다.

양방향 통신을 수행할 경우, 읽기용 파이프와 쓰기용 파이프 2개를 이용해 양방향으로 통신하는 경우도 많음

• 보내진 순서대로만 받는다.(ordering)
• Pipe에 쓰여지는 데이터는 커널(buffer)에 저장되고 관리된다.(동기화 보장, 한 시점에 하나의 프로세스만 접근 가능)

https://velog.io/@jh9485/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9C-12-%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC-%EA%B3%B5%EC%9C%A0-IPC-Signal-Pipe

- 익명 파이프: 양방향 통신을 지원하지 않고, 부모 프로세스와 자식 프로세스 간에만 통신이 가능하다.

- 지명 파이프(=네임드 파이프): 양방향 통신을 지원하며, 부모 프로세스와 자식 프로세스 간에만 통신이 가능한 것이라 아니라, 임의의 프로세스 간에도 사용 가능하다.

 

시그널(signal)

프로세스에게 특정 이벤트가 발생했음을 알리는 비동기적인 신호로, 시그널을 적절히 활용해 IPC를 수행할 수 있다.

• 프로세스는 시그널이 발생하면 인터럽트 처리 과정과 유사하게 하던 일을 잠시 중단하고, 시그널 처리를 위한 시그널 핸들러 실행한 뒤 실행 재개한다.
• 이때 프로세스는 직접 특정 시그널을 발생시킬 수 있고, 직접 일부 시그널 핸들러를 (재)정의할 수 있다.
• 송신 프로세스: 여러 신호 중 하나를 특정 프로세스에 보냄
  - 이 동작은 수신할 프로세스의 상태를 무관, 비동기적
• 수신 프로세스: 시그널 수신 시 동작을 구현할 수 있음
  - Ignore: 무시(이 경우에도 SIGSTOP, SIGKILL 등은 무시되지 않음)
  - Block: 신호를 붙잡아 둠(나중에 처리)
  - Handle: 시그널을 유저 프로그램이 바로 처리(signal handler 구현)
  - 커널이 수신 프로세스가 시그널을 처리하도록 함(모든 프로세스는 시그널 처리를 위한 default 코드를 갖게 됨)
• 시그널 이용하는 방법은 직접적으로 메시지를 주고 받지는 않지만, 비동기적으로 원하는 동작을 수행할 수 있다.
  - 프로세스 A가 프로세스 B에게 시그널을 보냄
  - 시그널 처리는 프로세스 B가 스케줄링 되어야 가능함

원격 프로시저 호출(RPC, Remote Procedure Call)

원격 코드를 실행하는 IPC 기술로, 한 프로세스 내의 특정 코드 실행이 로컬 프로시저 호출이라면, 다른 프로세스의 원격 코드 실행이 원격 프로시저 호출인 셈이다.

• RPC를 통해 프로그래밍 언어나 플랫폼과 무관하게 성능 저하를 최소화한다.
• 메시지 송수신이 가능하기 때문에 대규모 트래픽 처리 환경(서버 간 통신 환경)에서 사용되는 경우가 많음
• RPC 관련 기능은 RPC 프레임워크로 구현할 수 있음(ex: gRPC)

소켓

동일한 컴퓨터의 다른 프로세스나 네트워크의 다른 컴퓨터로 네트워크 인터페이스를 통해 전송하는 데이터를 의미하며 TCP와 UDP가 있다.

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참고 사이트

이것이 취업을 위한 컴퓨터 과학이다

이것이 취업을 위한 컴퓨터 과학이다 with CS 기술 면접 | 강민철 - 교보문고

프로세스와 스레드

운영체제 개요, 프로세스 & 스레드

 

사용자 영역 메모리 공간

[운영체제] 메모리 구조 (Heap vs Stack)

TLB

[운영체제] TLB(Translation Lookaside Buffer)

PCB와 TCB

PCB(Process Control Block) & TCB(Thread Control Block)

IPC: 메시지 전달

운영체제 (12) - 메모리 공유, IPC, Signal, Pipe