[운영체제]PCB와 문맥 교환(Context Switching)

PCB(Process Coontrol Block)

• 운영체제 커널 자료구조 (프로세스의 상태 정보 저장)
• 운영체제가 프로세스를 표현한 것
• 프로세스가 생성될 때 고유의 PCB 생성되고 프로세스가 완료/종료되면 PCB는 삭제됨
• 프로세스가 CPU 점유해서 작업하다가 반환해야 할 때, 처리하던 작업을 PCB에 저장하고 이후에 다시 CPU를 점유하게 되면 저장해놨던 정보를 PCB로부터 다시 받아와서 작업 진행
• 프로세스 상태 관리와 문맥 교환(context switching)위해서 필요
• 빠르게 PCB에 접근하기 위해 Process Table 사용
  

  

PCB 정보

1️⃣ Pointer
프로세스의 현재 위치 저장하는 포인터 정보

2️⃣ Process State
프로세스의 상태(생성(New), 준비(Ready), 실행(Running), 대기(Waiting), 종료(Terminated)) 저장

3️⃣ Process Number(PID)
프로세스 식별자 저장. 고유 ID

4️⃣ Program Counter
프로세스를 위해 실행될 다음 명령어의 주소를 포함하는 카운터를 저장

5️⃣ Registers
누산기, 베이스, 레지스터 및 범용 레지스터를 포함하는 CPU 레지스터에 있는 정보

6️⃣ Memory Limits
운영 체제에서 사용하는 메모리 관리 시스템에 대한 정보
ex) 페이지 테이블, 세그먼트 테이블 등

7️⃣ Lists of Open Files
프로세스를 위해 열린 파일 목록

 

Context Switching(문맥교환)

• CPU/코어에서 실행 중이던 프로세스/스레드가 다른 프로세스/스레드로 교체되는 것
  • 프로세스 → 프로세스 교체 : A프로세서의 스레드에서 B프로세서의 스레드로 교체되는 것
• context : 프로세스/스레드의 상태, CPU, 메모리 등
• 여러 프로세스/스레드 동시에 실행하기 위해 context switching함
• OS 커널(kernel)에 의해서 실행됨

❓ 언제 발생하는가?

• 멀티태스킹(Multitasking)
  • 실행 가능한 프로세스들이 운영체제의 스케줄러에 의해 조금씩 번갈아가며 수행되는 것
  • 빠르게 문맥교환이 일어나기 때문에 사용자는 프로세스가 동시에 처리된다고 느낌
• 인터럽트 핸들링(Interrupt handling)
  • 인터럽트가 발생한 경우에 CPU가 처리
    • ex) I/O request, time slice expired(CPU 사용시간이 만료), fork a child(자식 프로세스 생성), wait for an interrupt(인터럽트 처리 대기)
• 사용자 모드와 커널 모드 전환(User and kernel mode switching)
  • 사용자와 커널 모드 전환은 Context Switch가 필수는 아니지만 운영체제에 따라 발생할 수 있음

 

⚙️ 진행 과정

1. 요청 발생: 인터럽트 또는 트랩에 의한 요청이 발생.(트랩은 소프트웨어 인터럽트)
2. PCB에 저장: 운영체제는 현재 실행중인 프로세스(P0)의 정보를 PCB에 저장.
3. CPU 할당: 운영체제는 다음 프로세스(P1)의 정보를 PCB에서 가져와 CPU를 할당.

참고
https://youtu.be/Xh9Nt7y07FE
https://yoongrammer.tistory.com/52
https://spurdev.tistory.com/13
https://hwan-shell.tistory.com/197