프로세스(Process)
프로세스는 실행 중인 프로그램이란 뜻으로 디스크로부터 메모리에 적재되어 CPU 의 할당을 받을 수 있는 것을 말합니다. 운영체제로부터 주소 공간, 파일, 메모리 등을 할당받으며 이것들을 총칭하여 프로세스라고 합니다. 구체적으로 살펴보면 전역변수, 정적 변수를 저장하는 데이터 영역, 프로그램 코드가 저장되는 코드 영역, 지역변수와 함수 호출에 필요한 정보가 포함 되는 스택영역 등이 있습니다.
프로세스 제어 블록(Process Control Block, PCB)
PCB 는 특정 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장 하고 있는 운영체제의 자료구조이다. 운영체제는 프로세스를 관리하기 위해 프로세스의 생성과 동시에 고유한 PCB 를 생성 한다. 프로세스는 CPU 를 할당받아 작업을 처리하다가도 context switching이 발생하면 진행하던 작업을 저장하고 CPU 를 반환해야 하는데, 이때 작업의 진행 상황을 모두 PCB 에 저장하게 된다. 그리고 다시 CPU 를 할당받게 되면 PCB 에 저장되어있던 내용을 불러와 이전에 종료됐던 시점부터 다시 작업을 수행한다.
PCB 에 저장되는 정보
- 프로세스 식별자(Process ID, PID) : 프로세스 식별번호
- 프로세스 상태 : new, ready, running, waiting, terminated 등의 상태를 저장
- 프로그램 카운터 : 프로세스가 다음에 실행할 명령어의 주소
- CPU 레지스터
- CPU 스케쥴링 정보 : 프로세스의 우선순위, 스케줄 큐에 대한 포인터 등
- 메모리 관리 정보 : 페이지 테이블 또는 세그먼트 테이블 등과 같은 정보를 포함
- 입출력 상태 정보 : 프로세스에 할당된 입출력 장치들과 열린 파일 목록
- 어카운팅 정보 : 사용된 CPU 시간, 시간제한, 계정번호 등
스레드(Thread)
시간이 흐를수록 프로그램이 복잡해지고 프로세스 하나만을 사용해서 프로그램을 실행하기는 벅차게 되어 나온 개념으로, 프로세스보다 더 작은 실행 단위이다. 같은 프로세스에 속한 다른 스레드와 코드, 데이터 섹션을 공유하며, 하나의 프로세스를 다수의 실행 단위로 구분하여 자원을 공유하고 자원의 생성과 관리의 중복성을 최소화하여 수행 능력을 향상 시킬 수 있다는 장점이 있다.
스택을 스레드마다 독립적으로 할당하는 이유
스택은 프로그램에서 함수 호출 시 사용되는 메모리 영역으로, 각 스레드가 독립적으로 할당받아 사용하게 되면 스레드 간에 서로 영향을 끼치지 않고 안전하게 함수를 호출할 수 있습니다.
만약 모든 스레드가 하나의 스택을 공유한다면, 스레드 간의 상호작용에서 스택 메모리가 뒤섞일 수 있으며 이로 인해 예기치 않은 오류가 발생할 수 있습니다.
PC Register 를 스레드마다 독립적으로 할당하는 이유
PC 값은 스레드가 명령어의 어디까지를 수행하였는지 나타낸다. 스레드는 CPU 를 할당받았다가 context switching에 의해 다시 빼았기는 경우가 있는데, 그렇기 때문에 명령어가 연속적으로 수행되지 못하고 어느 부분까지 수행했는지 기억할 필요가 있다. 따라서 PC 레지스터를 독립적으로 할당한다.