운영체제 프로세스 및 스레드 레포트

문서 내 토픽

1. PCB와 문맥교환

PCB(Process Control Block)는 프로세스의 상태와 문맥을 저장하는 자료구조입니다. 문맥교환은 실행 중인 프로세스가 인터럽트나 시스템 호출로 중단될 때 현재 상태를 PCB에 저장하고, 다음 프로세스를 준비 큐에서 선택하여 PCB에서 복구한 후 실행하는 과정입니다. 이를 통해 여러 프로세스가 CPU를 공유하며 실행될 수 있습니다.
2. 프로세스 상태 변화

프로세스는 new, ready, running, waiting, suspend ready, suspend waiting, terminated의 7가지 상태를 가집니다. New는 생성 상태, ready는 CPU 할당 대기, running은 실행 중, waiting은 자원 대기, suspend ready는 메모리 부족으로 중단된 준비 상태, suspend waiting은 모든 자원 부족 상태, terminated는 종료 상태입니다. 상태 변화는 dispatch, timeout, block, wake up 등의 이벤트로 발생합니다.
3. 혼합형 스레드(n:m 매핑)

혼합형 스레드는 사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드를 혼합한 구조로, 다수의 사용자 스레드가 다수의 커널 스레드에 다대다로 매핑됩니다. 스레드 풀링 기법으로 오버헤드를 줄이며, 다대일 매핑의 동시성 문제와 일대일 매핑의 자원 낭비 문제를 해결합니다. 커널 스레드 내에 다양한 사용자 스레드가 포함되어 동시성 처리가 가능합니다.
4. 자바 스레드 구현

자바에서 스레드는 Thread 클래스를 상속받거나 Runnable 인터페이스를 구현하여 생성합니다. 스레드에 이름을 붙이는 이유는 멀티스레드 프로그램 디버깅 시 어떤 스레드가 실행 중인지 식별하기 위함입니다. Runnable 인터페이스를 사용하면 다른 클래스 상속과 재사용이 가능하다는 장점이 있습니다.

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1. PCB와 문맥교환

PCB(Process Control Block)는 운영체제가 프로세스를 관리하기 위한 핵심 자료구조로서, 프로세스의 상태, 레지스터 값, 메모리 정보 등을 저장합니다. 문맥교환(Context Switching)은 CPU가 한 프로세스에서 다른 프로세스로 전환할 때 현재 프로세스의 상태를 PCB에 저장하고 다음 프로세스의 상태를 복원하는 과정입니다. 이는 멀티태스킹을 가능하게 하지만 오버헤드가 발생합니다. PCB의 효율적인 관리와 문맥교환의 최소화는 시스템 성능 향상에 중요합니다.
2. 프로세스 상태 변화

프로세스는 생성, 준비, 실행, 대기, 종료 등의 상태를 거치며 변화합니다. 준비 상태에서 실행 상태로의 전환은 스케줄러에 의해 결정되며, 실행 중인 프로세스가 I/O 작업을 요청하면 대기 상태로 전환됩니다. 이러한 상태 변화는 운영체제의 스케줄링 알고리즘에 따라 결정되므로, 효율적인 상태 관리는 시스템 처리량과 응답 시간에 직접적인 영향을 미칩니다. 상태 전환의 명확한 이해는 운영체제 설계의 기초입니다.
3. 혼합형 스레드(n:m 매핑)

혼합형 스레드는 사용자 레벨 스레드와 커널 레벨 스레드를 결합하여 n개의 사용자 스레드를 m개의 커널 스레드에 매핑하는 방식입니다. 이는 일대일 매핑의 오버헤드를 줄이면서도 다대일 매핑의 블로킹 문제를 해결합니다. 그러나 구현이 복잡하고 스케줄링이 어려운 단점이 있습니다. 현대 운영체제에서는 커널 스레드의 성능 향상으로 인해 일대일 매핑이 더 일반적이지만, 특정 상황에서는 혼합형 접근이 여전히 유용할 수 있습니다.
4. 자바 스레드 구현

자바는 Thread 클래스를 상속하거나 Runnable 인터페이스를 구현하여 스레드를 생성할 수 있습니다. 자바의 스레드는 운영체제의 커널 스레드에 일대일로 매핑되므로 진정한 병렬 처리가 가능합니다. synchronized 키워드와 Lock 인터페이스를 통해 동기화를 제공하며, wait(), notify() 메서드로 스레드 간 통신을 구현합니다. 자바의 스레드 풀(ExecutorService)은 효율적인 스레드 관리를 제공합니다. 멀티스레드 프로그래밍은 성능 향상을 가져오지만 동시성 문제 해결이 필수적입니다.

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