[OS] PCB와 Context Switching

1. 프로세스 제어 블록 (PCB, Process Control Block)

 

- 정의

• 운영체제가 프로세스를 관리하기 위해 사용하는 데이터 구조. 각 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장함
  (마치 상품에 달린 태그 같음)

 

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- 특징

• PCB는 프로세스 생성 시에 만들어짐. 프로세스가 종료되면 폐기됨
• 운영체제는 PCB로 특정 프로세스를 식별하고 해당 프로세스를 처리하는 데 필요한 정보를 판단함
• 생성 위치: 커널 영역

 

👉 '새로운 프로세스가 생성되었다'는 말은 '운영체제가 PCB를 생성했다'는 말과 같고,

'프로세스가 종료되었다'는 말은 '운영체제가 해당 PCB를 폐기했다'는 말과 같음

 

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- PCB에 담기는 정보

1) 프로세스ID (PID, Process ID)

• 정의: 특정 프로세스를 식별하기 위해 부여하는 고유한 번호
• 특징: 같은 일을 수행하는 프로그램이라 할지라도 두 번 실행하면 PID가 다른 두 개의 프로세스가 생성됨

2) 레지스터 값

• 저장 이유: 프로세스는 자신의 실행 차례가 돌아오면 이전까지 사용했던 레지스터의 중간값 모두 복원
• 종류
  • 프로그램 카운터: 현재 프로세스가 실행 중인 명령어의 주소
  • CPU 레지스터 값: 모든 일반 목적 레지스터, 주소 레지스터, 상태 레지스터 등의 현재 값
  • 스택 포인터: 스택의 현재 위치

3) 프로세스 상태

• 현재 프로세스가 입출력장치를 사용하기 위해 기다리고 있는 상태인지,
  CPU를 사용하기 위해 기다리고 있는 상태인지,
  아니면 CPU를 이용하고 있는 상태인지 등의 프로세스 상태 정보가 PCB에 저장됨

4) CPU 스케줄링 정보

• 정의: 프로세스가 언제, 어떤 순서로 CPU를 할당받을지에 대한 정보

 

CPU 스케줄링 알고리즘에 대해서 궁금하다면? ↓↓

2024.06.16 - [Computer Science/OS] - [OS] CPU 스케줄링 알고리즘

 

5) 메모리 관리 정보

• 저장 이유: 프로세스마다 메모리에 저장된 위치가 다름

6) 사용한 파일과 입출력장치 목록

• 정의: 어떤 입출력장치가 이 프로세스에 할당되었는지, 어떤 파일들을 열었는지에 대한 정보

 

 

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2. 문맥 교환

 

- 문맥(Context)이란? 

• 정의: 하나의 프로세스 수행을 재개하기 위해 기억해야 할 정보. PCB에 기록되는 정보들
• 특징: 실행 문맥을 잘 기억해 두면 언제든 해당 프로세스의 실행을 재개할 수 있음

👉 프로세스가 CPU를 사용할 수 있는 시간이 다 되거나 예기치 못한 상황이 발생하여 인터럽트가 발생하면 운영체제는 해당 프로세스의 PCB에 문맥을 백업함. 그리고 뒤이어 실행할 프로세스 B의 문맥을 복구함

👉 자연스럽게 실행되는 프로세스가 바뀜

 

 

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- 문맥 교환(Context Switching)이란?

• 정의: 기존 프로세스의 문맥을 PCB에 백업하고, 새로운 프로세스를 실행하기 위해 문맥을 PCB로부터 복구하여 새로운 프로세스를 실행하는 것
• 원리: 여러 프로세스가 끊임없이 빠르게 번갈아 가며 실행
  👉 문맥 교환이 자주 일어나면 프로세스는 그만큼 빨리 번갈아 가며 수행됨
  👉 우리의 눈에는 프로세스들이 동시에 실행되는 것처럼 보임

 

 

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출처

 

1. 강민철, 「혼자 공부하는 컴퓨터 구조+운영체제」, 한빛미디어, 2022, p.286-292