[Computer Science][제로베이스 ]-운영체제 - 프로세스 구조II - PCB & PC & SP

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프로세스와 컨텍스트 스위칭 - PCB, PC, SP

Process를 다른 Process로 바꾸는 메커니즘을 context switching이라고 하였다. context switching을 위해 PCB라는 registor를 이용하여 process의 정보를 참조한다. 그렇다면 PCB는 정확히 무엇이고 어떻게 생겼을까 ?

PCB

• PCB는 Process Contril Block의 약자로, 프로세스에 상태를 저장하는 데이터구조로 OS에서 관리하고있다. Process Context Block이라고도 하며, 프로세스가 실행중인 상태를 캡쳐하고 구조화하여 저장한다.

PCB는 아래와 같은 구조로 이루어져있다(c 구조체로 이루어져있음) (Linux 예)

참고영상 을 보면 PCB의 구조에 대해 설명이 잘 되어있다.

Process ID : 프로세스 고유번호

Process state : 프로세스의 현재 상태(new, ready, running, waiting, terminated)

Program counter : 다음 실행될 Program의 Potinter

Register information : PC, SP등의 registor들의 정보

Scheduling Information : 스케줄링 및 프로세스의 우선순위

Memory related Information : 할당된 자원 정보

Accounting information : CPU에 할당되어 실제 사용된 시간

Status information related ro I/O : 입출력 상태의 정보

PCB는 어떻게 활용되나?

중요한 Registor인 PCB, PC, SP 에서 Process의 Context Switching이 어떻게 진행되는지 알아보자.

아래의 ProcessA와 ProcessB의 code는 다음과 같다.

// ProcessA
// 전역변수
global_data1;
global_data2=1;

int main()
{
    int *data;
    data=(int *)malloc(sizeof(int))
    *data=1;
    print("%d\n",*data);
    return 0;
}

//ProcessB
int main()
{
    int *data;
    data=(int *)malloc(sizeof(int))
    *data=1;
    print("%d\n",*data);
    return 0;
}

두 Program의 차이는 전여변수의 유,무이다.

그림으로 그리면 아래와 같다.

먼저 ProcessA부터 실행된다고 가정한다면 그 과정은 아래와 같이 나타낼 수 있다.

1. 전역변수를 data영역에 저장한다. global_data1은 초기화 되지 않았기 때문에 BSS영역에, global_data2 는 DATA 영역에 저장된다.
2. PC = 000h , SP = F000h -> EFFFh (SP는 원래 현재 stack에 저장된 다음 공간을 가리킨다(빈 공간)) main 함수의 return address인 0006h가 sp가 가리키는 Foooh 위치에 저장되고 SP는 그 다음 공간의 주소를 가리킨다 (EFFFh)
3. pc=0001h , sp = EFFFh->EFFEh int형 pointer data변수가 stack에 저장되고 SP는 다음 공간의 주소를 가리킨다.
4. pc=0002h, sp = EFFFh에서 scheduler가 processA에서 processB로 바꾼다.
   1. PCB라는 운영체제가 관리하는 공간에 CPU에 저장되어있는 peocess의 정보인 context를 복사하여 저장한다.
   2. ProcessA는 ready OR blocked 상태로 변경한다.
   3. ProcessB를 실행한다

Precess B 실행과정—

예시로 든 code는 ProcessA와 B가 같기 때문에 (A만 global 변수가 있을 뿐) PC 0000h ~ ooo1h까지 비슷한 과정을 거친다)

1. pc = 0002h sp = EFFEh , heap공간에sizeof(int) 만큼의 공간을 생성하고 data에 주소값을 저장한다.

2. Pc = 0003h sp = EFFEh , data가 가리키는 주소를 통해 heap에 1을 저장한다.

3. Pc = 0004h sp = EFFEh 인 상태에서 scheduler는 ProcessB에서 ProcessA로 바꾼다.

1. 현재 cpu에 있는context를 processB의 PCB에 저장한다
2. CPU의 registor에 PCB1 (processA)의 내용으로 업데이트하다.
3. ProcessA를 다시 실행한다.

그 후 ProcessB를 실행하고 ProcessA로 비슷한 과정으로 다시 변경된 후 종료된다.

정리

• PCB에는 Process 상태의 정보가 저장된다.
• 현재 실행되고 있는 process를 변경하기 위해 PCB에 정보(context)를 저장한다.