9. 프로세스 계층 구조

프로세스는 부모 - 자식 관계이다.

 

윈도우에서는 프로세스는 모두 동등한 관계이지만, 다른 OS에서는 다르다.

최초에 실행되는 #0 프로세스가 조상 프로세스로 이후로 자식 프로세스들이 뻗어져 나가는 형태이다.

하나의 부모는 여럿의 자식을 가질 수 있는 형태이다. 

 

이 말은, #0 프로세스를 제외한 나머지 모든 프로세스는 부모 프로세스를 가지고 있다는 의미이다.

리눅스의 경우 #0 - Idle Process, #1 - Init Process, #2 - kthreadd Process 로 조상 프로세스가 구성되어있다.

각 각, CPU가 놀지 않기 위한 용도, 사용자 프로세스의 조상 프로세스, 커널 프로세스의 조상 프로세스의 역할을 한다.

 

Linux 환경에서 ps -eal, pstree 0 명령으로 직접 확인할 수 있다.

※ 보통 0번 프로세스는 CPU가 아무것도 하지 않는 것을 막기 위해 생성되고 유닉스 계열의 경우 1번 프로세스와 2번 프로세스를 생성한다.

 

부모 프로세스와 자식 프로세스간의 관계

 

부모 프로세스가 자식 프로세스의 종료를 확인

 

• 부모 프로세스가 fork() 함수를 통해 자식 프로세스를 생성한다.
• 부모는 부모대로, 자식은 자식대로 각자 맡은 역할을 하게 된다.
  • 부모 프로세스가 먼저 일이 끝났을 경우 Wait() 함수로 대기
  • 자식 프로세스가 먼저 일이 끝났을 경우 return 또는 exit() 함수에 종료코드를 작성하고 좀비 상태
    이 때, PCB status에 종료코드와 Terminate Status가 기록되고 메모리는 반환한다.
• 부모 프로세스에서 할 일을 마치고 wait() 함수로 자식의 상태를 확인한다. 
  • 자식이 좀비상태인 경우, 자식 프로세스를 종료시킨다.
  • 자식이 실행 중인 경우 계속 해서 wait를 지속한다.
• 만약 부모 프로세스에서 wait() 없이 부모 프로세스가 종료될 경우, 좀비 프로세스의 조상프로세스가 부모가 된다. 조상 프로세스의 wait()을 통해 종료될 수 있다.

고아 프로세스 (Orphan Process)

 

앞서 부모 프로세스가 먼저 종료될 경우, 조상 프로세스에서 종료하게 되는데 이 때, 부모가 먼저 종료된 좀비 프로세스는 고아 프로세스라고 부른다. 하지만 OS나 쉘에 따라 부모 프로세스가 종료되는 경우 자식 프로세스도 같이 종료시키는 경우도 존재한다.

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프로세스의 제어

 

부모 프로세스와 자식 프로세스 관계에서 생성되고 종료되는 제어는 어떻게 이루어질까?

컴퓨터 시스템에서 프로세스가 생성되는 경우를 정리한다.

• 시스템 부팅 시
• 사용자 로그인 후 bash와 같은 쉘 프로세스 생성
• 새로운 프로세스를 생성하도록 하는 사용자의 명령 - 실행파일 실행
• 배치 작업 실행시, 작업 스케줄
• 사용자 프로그램이 시스템 호출로 새 프로세스 생성 - fork()
  • 커널이 시스템 호출로 새 자식 프로세스를 생성한다.

프로세스 생성시, PID 번호를 할당하고 PCB 구조체를 생성한다. 프로세스 테이블에 PCB가 연결되고 메모리 공간이 할당된다. 이 때, PCB에 프로세스 정보를 기록하고 Status를 Ready로 표시한 뒤 Ready Queue에 삽입해 스케줄한다.

 

프로세스 오버레이 (Process Overlay)

 

리눅스 환경에서 exec() 함수와 같은 시스템 호출로 fork()를 통해 생성된 자식 프로세스에 새로운 프로세스를 덮어씌우는 방법도 있다.

Overlay, exec() 함수 실행

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프로세스 종료의 경우 두 가지가 있다.

• exit(), return
• 다른 프로세스에 의한 강제 종료(Kill)

모든 자원을 반환하고 자식 프로세스가 존재하는 경우 Init 프로세스에 입양한다.

자식 프로세스의 경우 부모에게 SIGCHLD 신호를 전송한다.