프로세스 :: 생성과 종료

목차

 

개요

상위의 포스팅에서는 스케줄링 큐를 통하여 여러 종류의 스케줄러들이 프로세스의 생성 할당 종료 등을 관할하는지에 대해서 알아보았다.

 

프로세스 :: 스케줄링 큐와 스와핑

 

따라서 이번 시간에는 운영체제가 프로세스를 어떻게 생성하는지 프로세스간의 관계 등을 알아보자.

 

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프로세스 생성 Process Creation

 

프로세스는 또 다른 프로세스를 생성할 수 있는데 생성하는 프로세스를 부모 프로세스라고 하고 생성된 프로세스를 자식 프로세스 라고 한다. 결과적으로는 아래와 같은  프로세스의 트리를 형성한다.

 

UNIX 등 운영체제에서의 프로세스 트리, pid 출처: 운영체제 Wiley 책

 

식별자

가장 최상부에는 init 라는 프로세서가 pid 값을 1을 가지고 있는 것을 확인 할 수 있는데 pid는 프로세스 식별자 로서 정수 자료형을 가지고 있고 각 프로세스의 고유값을 할당 해주기 위해서 모든 프로세스가 가지고 있는 값이다.

 

* 최근에는 pid=1 인 init 라는 프로세스가 systemd 라는 더 많은 서비스를 제공해주는 첫번째 프로세스로 변경되었다.

 

자원 할당

상위 포스팅에서 말했듯이 각 프로세스 들은 명령을 수행하는 데 필요한 자원 등이 필요한데 이는 스케줄러가 할당을 해주거나 부모 프로세스의 자원 일부분을 할당받아서 사용할 수 있다. 후자 같은 방법은 추후에 자식프로세스에 할당되는 메모리가 과다하게 발생하여 시스템을 과부하 상태로 만드는 현상을 방지 할 수 있다.

 

데이터 전달

또한 부모 프로세스는 자식 프로세스에게 자원 뿐만 아니라 데이터도 전달 해줄 수 있다.

1. 자식 프로세스는 부모 프로세스의 복사본이다.

2. 자식 프로세스가 자신에 적재될 새로운 프로그램을 가지고 있다.

 

실행

부모 프로세스와 파생된 자식 프로세스가 실행 되는 경우는 총 두가지가 있는데

1. 부모와 자식이 병행하게 실행이 된다.

2. 부모는 자식의 실행이 모두 종료될때까지 기다린다.

 

 

fork(),  exec(),  wait()

UNIX 운영체제 내에서 프로세스 생성 실행 등에 대한 시스템콜의 종류들이다. 

 

fork() 시스템 콜

프로세스가 새롭게 생성된다. 이때 새로운 프로세스를 위한 메모리 할당과 복사 등이 이루어진다. 자식 프로세스를 생성할때는 0을 0 이상인 경우에는 부모 프로세스를 생성한다.

이후에 각 프로세스에는 getpid()를 이용해 고유 프로세스 ID를 할당하여준다.

 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int pid;

	puts("Press Ctrl-C to stop");

	pid = fork();
	if (pid == -1) {
		// possible errors: EAGAIN, ENOMEM.
	    perror("Failed to fork");
	    return -1;
	}

	if (pid == 0) {
		// 자식 프로세스의 경우
		execlp("\bin\ls","ls", NULL), 
	} else {
		// 부모 프로세스의 경우
		wait(NULL)
        printf("Child Complete")
	}

	return 0;
}

exec() 시스템 콜

자식 프로세스가 만들어질 때  execlp(exec 의 시스템 콜에, l [list; 리스트 형식으로 나열하는 인자], p [path ;경로가 정해진 인자]) 을 이용하여 자신의 메모리 공간을 새로운 프로그램으로 교체를 하게된다. 기존의 프로그램을 내리고 새 프로그램이 덮여 씌워 진다고 생각하자

 

wait() 시스템 콜

부모 프로세스의 경우에 이 시스템 콜울 이용하여 자식이 종료 상태를 확인 할 수 있고 그에 따라서 종료된 자식프로세스에 있던 자원 등을 반납을 하게 만들 수있다.  자식이 종료될 때를 기다리는 경우 이 시스템 콜로 인해서 부모 프로세스의 실행이 재개가 된다.

 

 

 

 

프로세스 종료 Process Terminate , exit()

 

프로세스가 종료될 때 exit() 시스템 콜을 통하여 운영체제에게 프로세스 삭제를 요청한다. 

물리 메모리 가상메모리 파일 입출력 버퍼등 프로세스의 모든자원이 할당 해지되어 운영체제로 반납된다.

 

부모 프로세스가 자식 프로세스를 종료 시키는 경우

• 자식이 자신에게 할당된 자원을 초과 사용할 때
• 자식에게 할당된 기능이 더 이상 필요없을 때
• 부모가 exit() 를 하는데 자식이 이후에도 실행을 하는 것을 허용하지 않을때

 

몇몇 시스템에서는 부모프로세스가 종료된 상태에서도 자식 프로세스가 존재할 수 없는경우가 있는데 이러한 환경에서는 부모 프로세스가 종료되면 따라서 자식 프로세스도 종료 되게 만든다. 이를 연쇄식 종료(cascading termination)라고 한다

 

비정상적인 프로세스

 

좀비 프로세스 : 종료되었지만 부모의 wait() 시스템 콜의 부재로 자원 반납이 되지 않는 프로세스

 

wait() 시스템 콜 설명에서 보다 싶이 부모가 wait() 콜로 종료 상태를 받아서 자식 프로세스의 자원과 정보 등을 회수 후에 운영체제가 이를 삭제 해야하는데 이 정보들이 메모리에 남아 있어 문제가 발생한다. 정보들의 크기가 큰 편이 아니라서 큰 성능 저하는 있지 않지만 PID 특성상 한정된 양의 할당 가능한 PID 중에서 좀비 프로세스의 것들이 사용 불가능 하게 되므로 wait() 호출로 상태 회수가 필요하다.

 

고아 프로세스 : 부모프로세스가 wait() 를 호출 하는 대신에 종료하는 경우에 그 하위에 있던 자식 프로세스

 

즉 부모 프로세스가 자식 프로세스보다 먼저 종료를 하는 경우인데 이러한 경우에는 프로세스가 자원을 낭비할 수도 있고 시스템이 프로세스가 종료하기 전까지 큐 등으로 관리를 해야되므로 성능저하의 원인이 될 수 있다. 따라서 UNIX시스템의 경우에 가장 상위의 부모 프로세스인 init() [지금은 systemd()]에서 주기적으로 wait()를 통하여 남아있는 고아프로세스를 색출하여 좀비 프로세스가 되는 것을 방지한다. 이런식으로 init()에서 관리를 해주기는 해도 성능저하 방지를 위해 각 부모 프로세스 들이 wait()를 빠짐없이 해주는 것이 좋다.