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프로세스의 생성

프로그램이 실행 되려면 즉 프로세스가 생성 되려면 프로세서 점유 시간, 메모리, 파일, 입출력장치 같은 자원이 필요하다.

프로세스가 생성되거나 실행될 때 이 자원들이 프로세스에 할당한다. 또한 현재의 활동 상태를 나타내는 프로그램 카운터(PC), 프로세서의 현재 활동(레지스터 내용)도 프로세스 내부에 포함된다.

프로세스는 아래와 같이 메모리 구조를 이룬다.

• 스택은 호출한 함수의 반환 주소, 반환 값, 매개변수, 지역변수 등의 데이터를 일시적으로 저장하는 영역이다.

• 힙은 다른 영역과는 별도로 유지되는 자유 영역이다. 동적으로 메모리를 할당하기 위해 프로그램 실행 중 시스템 호출을 사용했다가 해제하는 방법으로 활용한다. 프로세스의 공유 라이브러리와 동적으로 적재된 모듈이 서로 공유하는데, 동적 메모리 할당이 발생하면 스택영역 쪽인 위쪽으로 커진다.

• 데이터는 프로그램의 가상 주소 공간이다. 전역변수나 정적변수를 저장하거나 할당하고 실행하기 전에 초기화한다. 읽기와 쓰기가 가능한 영역이다.

• 코드는 실행 명령을 포함하는 메모리이다. 프로그램을 시작할 때 프로세서가 디스크에서 읽어 실행하는 컴파일된 프로그램을 저장한다. 읽기 전용 영역이기 때문에 프로그램이 코드 영역을 침범하여 쓰기를 시도하면 오류가 발생해서 프로그램을 종료한다.

이렇게 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 자원 영역에 접근할 수 없다. 만약 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 파이프, 파일, 소켓 등의 프로세스 간 통신(IPC)을 사용해야한다.

프로세스의 상태 변화와 상태 정보

상태변화	표기방법
준비->실행	dispatch
실행->준비	timeout
실행->대기	block
대기->준비	wakeup

준비->실행 
준비 큐 맨 앞에 있던 프로세스가 프로세서를 점유하는 것을 dispatch라고 한다.
다중 프로그래밍 운영체제에서는 실행 상태인 프로세스가 할당된 CPU 점유 시간만큼만 프로세서를 사용하도록 하여 특정 프로세스가 프로세서를 계속 독점하는 것을 방지한다. 

실행->준비 
운영체제는 실행 상태의 프로세스가 CPU를 계속 독점하지 않도록 인터럽트 클록을 두어 특정 프로세스가 할당된 CPU점유 시간동안만 프로세서를 점유하게 한다. 
프로세스가 일정 시간이 지나도 프로세서를 반환하지 않으면 클록이 인터럽트를 발생시켜 운영체제에 프로세서 제어권을 부여하게 된다.
그러면 실행 상태의 프로세스는 준비 상태가 되고, 준비 리스트의 첫 번째 프로세스가 실행 상태가 된다.

실행->대기 
할당된 시간 이전에 실행 상태의 프로세스에 입출력 연산 등이 필요하거나 새로운 자원 요청 등의 문제로 프로세서를 스스로 양도하면 대기 상태가 된다. 

대기->준비 
대기중이었던 프로세스는 인터럽트를 발생시킨 프로세스가 종료되면 대기에서 준비 상태가 된다.

프로세스 제어 블록(PCB, Process Control Block)

운영체제가 프로세스를 제어할 때 필요한 프로세스 상태 정보는 프로세스 제어 블록에 저장된다.

프로세스 제어 블록은 프로세스가 생성될 때 마다 생성된다. 프로세스가 생성되면 메모리에 PCB를 생성하고, 프로세스가 종료되면 PCB도 삭제한다. PCB에 들어있는 정보들을 아래와 같다.

정보	설명
프로세스 식별자	각 프로세스의 고유 식별자
프로세스 상태	생성, 준비, 실행, 대기, 중단 등 상태표시
프로그램 카운터(PC)	프로세스를 실행하는 다음 명령어의 주소
레지스터 저장 영역	누산기, 인덱스 레지스터, 스택 포인터, 범용 레지스터, 조건 코드 등의 정보. 인터럽트가 발생하면 프로그램 카운터와 함께 저장하여 재실행할 때 원래대로 복귀할 수 있게 한다.
프로세서 스케줄링 정보	프로세스의 우선순위, 스케줄링 큐의 포인터, 기타 스케줄 매개변수
계정정보	프로세서 사용 시간, 실제 사용시간, 사용 상한 시간, 계정 번호, 작업이나 프로세스 번호 등