Context Switching
멀티 프로세스 환경에서 CPU가 어떤 하나의 프로세스를 실행하고 있는 상태에서 인터럽트 요청에 의해 다음 우선 순위의 프로세스가 실행되어야 할 때 기존의 프로세스의 상태 또는 레지스터 값(Context)을 저장하고 CPU가 다음 프로세스를 수행하도록 새로운 프로세스의 상태 또는 레지스터 값(Context)을 교체하는 작업을 Context Switching이라 한다.
Intterupt(인터럽트)
인터럽트는 CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때, 실행 중인 프로그램 외부에서 예외 상황이 발생하여 처리가 필요한 경우 CPU에게 알려 예외 상황을 처리할 수 있도록 하는 것이다.
Context Switching을 위한 인터럽트 종류I/O request: 입출력 요청time slice expired: CPU 사용시간이 만료fork a child: 자식 프로세스 생성wait for an interrupt: 인터럽트 처리 대기
위 이미지는 공룡책에서 나오는 Context Switching 에 대한 이미지이다. P0 가 실행 중인데,intterupt 가 발생했다. 그럼 현재 실행 중이었던 P0 의 정보들(PC(Program Counter), SP(Stack Pointer) 등의 레지스스터 정보)을 해당 프로세스의 PCB (여기서는 PCB0)에 저장한다. 그리고 P1 을 실행시키기 위해 PCB1 에 저장되어 있던 P1 의 정보를 가져와 프로세스를 실행시킨다.
이 때, Context Switching 이 진행되는 동안 CPU는 아무 일도 하지 못하기 때문에 Context Switching 이 잦아지면 overhead가 많이 발생하게 되어 효율이 떨어질 수 있다.
[ Context Switching 에서 overhead : Context Switching 에 걸린 시간과 메모리 ]
그렇다면 이렇게 overhead 가 발생하게 되는데도 Context Switching 을 하는 이유는 뭘까?
→ 프로세스 수행 중 I/O 이벤트 가 발생해 waiting 상태로 전환시키는 경우, CPU가 아무런 일을 하지 않아 발생하는 낭비보다 overhead 가 발생하더라도 Context Switching 을 통해 다른 프로세스를 실행시키는 것이 더 효율적이기 때문이다.
PCB(프로세스 제어 블록)
- 운영체제가 프로세스를 제어하기 위해 정보를 저장하는 자료구조이다.
- 프로세스 상태 관리와
Context Switching을 위해 필요하다. - 모든 프로세스는 고유의 PCB를 가지며, 프로세스 생성 시 PCB가 생성되고 주기억장치에 유지되다가 프로세스가 완료되면 PCB는 제거된다.
PCB에서 유지되는 정보
- PID : 운영체제가 각 프로세스를 식별하기 위해 부여된 프로세스 식별번호
- 프로세스 상태 : 준비, 대기, 실행 등의 상태 정보
- PC(프로그램 카운터) : CPU가 다음에 실행할 명령어를 가리키는 값
- Priority (스케줄링 우선순위) : 운영체제가 여러 개의 프로세스가 CPU에서 실행되는 순서를 결정하는 것을 스케줄링이라 하는데, 이 스케줄링에서의 우선순위 정보
- CPU 레지스터 및 일반 레지스터
- 메모리 관리 정보 : 해당 프로세스의 주소 공간 등의 정보
- 입출력 상태 정보 : 프로세스에 할당된 입출력 장치 목록, 열린 파일 목록 등
- 계정 정보 : CPU 사용 시간, 실제 사용된 시간 등
- 포인터
- 부모 프로세스와 자식 프로세스에 대한 포인터
- 프로세스가 위치한 메모리 주소에 대한 포인터
- 할당된 자원에 대한 포인터
참조
운영체제 10판
Context Switching
https://jeong-pro.tistory.com/93
https://velog.io/@jacob0122/Context-Switching
https://jhnyang.tistory.com/33
https://jins-dev.tistory.com/entry/컨텍스트-스위치Context-Switching-에-대한-정리
https://velog.io/@adam2/%EC%9D%B8%ED%84%B0%EB%9F%BD%ED%8A%B8
