[Operating System] 프로세스 제어 블록과 문맥 교환

• 이 글은 '쉽게 배우는 운영체제' 책을 참고하여 작성하였습니다.

프로세스 제어 블록(Process Control Block)

프로세스 제어 블록은 다음과 같이 구성된다.

포인터

프로세스가 준비상태나 대기 상태일 경우에 큐로 운영이 되는데, 프로세스 제어 블록을 연결 시 큐로 구현하기 위해 포인터를 사용한다.

프로세스 상태

생성, 준비, 실행, 대기 , 완료, 보류 등 프로세스가 현재 어떠한 상태에 있는지를 나타낸다.

프로세스 구분자

운영체제 내에 여러 프로세스가 있기 때문에 프로세스를 구분하기 위한 구분자가 필요하다.

프로그램 카운터

프로세스가 준비상태에서 실행상태 갈 경우 프로그램 카운터를 통해 다음 실행될 명령어의 위치를 알 수 있다. 또는 실행상태에서 준비상태로 갈 경우 프로그램 카운터에 저장하여 다음 실행될 명령어 위치를 저장한다.

프로세스 우선순위

CPU 스케줄러가 준비 상태에 있는 프로세스 중 실행 상태로 옮겨야 할 프로세스를 선택할 때 프로세스의 우선순위를 기준으로 삼기 때문에 저장한다.

각종 레지스터 정보

프로세스가 실행 중에 사용했던 레지스터 정보( 누산기(Accumulator), 색인 레지스터, 스택 포인터 등)들이 저장된다. 이전 실행할 때 사용했던 레지스터 값들을 저장해야 다음에 실행할 수 있기 때문에 보관한다.

메모리 관리 정보

프로세스가 메모리의 어디에 있는지 알아야 하기 때문에 메모리 위치 정보가 필요하고 메모리 보호를 위해 사용되는 경계 레지스터, 한계 레지스터 값 등이 저장된다. 이외 세그먼테이션 테이블, 페이지 테이블 등의 정보도 포함된다.

할당된 자원 정보

프로세스를 실행하기 위해 사용되는 입출력 자원, 오픈 파일 등에 대한 정보가 들어간다. 어떤 프로세스가 파일을 오픈하여 작업한다고 했을 경우 파일에 대한 정보가 필요하기 때문에 저장해야 한다.

계정 정보

계정 번호, CPU 할당 시간, CPU 사용 시간 등이 저장된다.

PPID와 CCID

부모 프로세스 구분자(Parent PID)와 자식 프로세스 구분자(Child PID) 정보도 저장된다.

 

문맥 교환(Context Switching)

문맥 교환(Context Switching)은 CPU를 차지하던 프로세스가 나가고 새로운 프로세스를 받아들이는 작업을 말한다. 이 때 두 프로세스 제어 블록의 내용이 변경된다. CPU에서 나가는 프로세스는 지금까지의 작업 내용을 저장하고 새로 들어오는 프로세스는 프로세스 제어 블록의 내용으로 CPU가 다시 세팅된다. 이와 같이 두 프로세스의 프로세스 제어 블록을 교환하는 작업이 문맥 교환이다.

문맥 교환이 일어나는 경우는 다양하다. 일반적으로 한 프로세스의 타임 퀀텀이 지나면 발생하고, 인터럽트 걸렸을 때도 발생한다. ex) 메모리 공간 초과
이 때 인터럽트가 발생하여 현재 실행 중인 프로세스 제어 블록 저장 후 인터럽트 관리 프로세스를 실행 상태로 만든다. 인터럽트 관리 프로세스는 메모리 범위 넘어선 프로세스 강제종료 후 인터럽트 처리 마치는데, 이와 같이 인터럽트 처리 시에도 문맥교환 발생한다.

 

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