feat: [OS] 프로세스의 이해

OS/프로세스의 이해.md

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+# 1️⃣ 프로세스의 개념
+
+프로세스란 무엇일까요?
+
+프로세스는 실행중인 프로그램으로 **운영체제에서 프로그램을 실행하는 독립된 실행 단위**를 의미합니다.
+프로세스는 프로세스를 실행하기 위한 작업의 최소 단위인 테스크를 완료하기 위해서 다음과 같은 **자원**이 필요합니다.
+- CPU의 점유
+- 메모리(memory)
+- 파일(files)
+- 입/출력 장치(I/O devices)
+
+OS 개론에서 한 번 봤다시피 컴퓨터는 load → fetch → execute 로 진행되는데
+이를 기반으로 프로세스를 정의하자면 메모리 위에 적재된 프로그램을 프로세스라고 정의할 수 있습니다.
+
+# 2️⃣ 프로세스 구조
+
+프로세스의 구조로는 아래 사진으로 알아볼 수 있습니다.
+![[메모리에서 프로세스.png]]
+프로세스에서는 text, data, heap, stack 영역이 있고 각 영역이 설명은 다음과 같습니다.
+
+- **Text Section** : 실행가능한 코드를 저장하는 공간
+- **Data Section** : 전역 변수를 저장하는 공간
+- **Heap Section** : 프로그램 실행동안 동적으로 할당되는 변수가 저장되는 공간
+- **Stack Section** : 함수가 실행되는 동안 지역변수가 저장되는 임시 공간, 대표적으로 함수 매개변수, 리턴 주소, 지역 변수 등이 포함됨
+
+즉, stack 영역에는 지역 변수가 들어가고 이는 dynamic 합니다.
+전역 변수는 data에 들어가게 되고 이는 static합니다.
+heap 영역에는 동적 변수(new로 새로운 메모리를 할당할 때)가 들어가게되고 이는 dynamic합니다.
+
+**다시 정리하자면...**
+전역변수는 프로그램이 실행될 때 할당받으면 그 공간을 그대로 가지고 있기에 static하게 할당 됩니다.
+	→ 한 번 할당되면 자기 자리가 바뀌지 않고 그대로 있음
+	→ data 영역
+
+나머지는 dynamic하게 할당됩니다.
+	→ 실행중에 필요할때 변수에 대한 공간이 할당 되었다가 후에 회수임
+	→ 지역 변수, 동적 자료
+
+
+**코드를 통해 프로세스의 영역에 대해 알아봅시다!**
+
+```c++
+#include <iostream>
+#include <cstdlib>
+
+using namespace std;
+
+// 전역 변수
+int x;
+int y = 15;
+
+int main(int argc, char *argv[]) {
+	int* values;
+	int i;
+
+	// 동적 메모리 할당
+	values = new int[5]; 
+
+	// 값 초기화
+	for (i = 0; i < 5; i++) {
+		values[i] = i;
+	}
+
+	// 값 출력
+	for (i = 0; i < 5; i++) {
+		cout << values[i] << " ";
+	}
+
+	cout << endl;
+
+	// 메모리 해제
+	delete[] values;
+
+	return 0;
+}
+```
+
+- Stack Section : main, values, i
+- Heap Section : values = new int[5]; 
+- Data Section  
+    - uninitialized data : x
+    - initialized data : y
+- Text Section : 코드 텍스트
+
+위 코드를 컴파일하고 영역간 사이즈를 출력하면 아래와 같이 나오게 됩니다.
+
+![[Pasted image 20250119195753.png]]
+
+현재 mac OS 환경에서 실행했을때 위 코드의 text와 data 영역 사이즈는 16KB인 것을 확인할 수 있습니다.
+
+# 3️⃣ 프로세스 상태
+
+프로세스는 프로그램의 인스턴스(시작과 끝이 있는 것을 말함)라고 말할 수 있는데요
+프로세스의 상태는 다음과 같이 이어집니다.
+
+![[프로세스 상태.png]]
+
+- New : 프로세스가 생성된 상태
+- Running : 프로세스가 수행되는 상태
+- Waiting : 프로세스 이벤트가 발생되어 입/출력 완료를 기다리는 상태
+- Ready : 프로세스가 프로세서에 의해 실행되기를 기다리는 상태(언제라도 실행 가능)
+- Terminated : 프로세스 실행 종료 상태
+
+
+# 4️⃣ Process Control Block
+
+운영체제에서 각각의 프로세스는 PCB(Process Control Block)로 표현됩니다. 
+PCB는 하나의 프로세스에 연관된 정보들을 포함하는데요. 즉, PCB는 프로세스에 관한 정보 블록을 말합니다.
+
+→ 프로세스가 하나 생성되면 이를 관리하기 위해 모든 정보를 담은 테이블
+	_(예를 들어 어떤 프로세스가 메모리 어디에 올라와 있는지 이런 것들)_
+
+프로세스가 생성될 때마다 고유의 PCB가 생성되고, 프로세스가 완료되면 PCB도 함께 제거됩니다.
+
+PCB에는 아래와 같은 정보를 가지고 있습니다.
+
+- **프로세스 상태(Process State)** : new, ready, running, waiting, terminated 상태 중 하나에 해당됨
+- **프로그램 카운터(Program Counter)** : 메모리의 다음 명령어 주소를 저장함
+- **CPU 레지스터(CPU registers)** : IR(Instruction Register), DR(Data Register), PC(Program Counter)와 같은 저장공간이 포함됨
+- **CPU 스케줄링 정보(CPU-scheduling information)** : 프로세스 실행 순서를 정하는 정보
+- **메모리 관리 정보(Memory-management information)**
+- **통계 정보(Accounting Information)** : 프로세스의 실행, 시간 제한, 실행 ID 등에 사용되는 CPU양의 정보
+- **입/출력 상태 정보(I/O status information)**
+
+PCB가 위와 같은 정보를 가지고 있는 주된 이유는 프로세스가 실행하다 중간에 중단되었을때, 그때의 프로세스의 정보를 저장하기 위함입니다.
+![[PCB.png|500]]
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+이렇게 수행 중인 프로세스를 변경할 때 레지스터에 프로세스의 정보가 바뀌는 것을 Context Switching(문맥 교환)이라고 합니다.
+
+### Context Switch
+
+수행 중인 프로세스를 변경할 때 레지스터에 프로세스의 정보가 바뀌는 것을 의미합니다.
+
+**예를 들어…**
+프로세스 A가 실행중에 프로세스 B로 바뀌었다면 A는 끝난게 아니니까 상태 정보를 저장하고 있어야 하겠죠?
+
+**그럼 어디에 저장하는가?**
+A의 PCB에 저장됩니다.
+나중에 A가 실행될 때 PCB에서 정보를 가져와 멈췄던 상태 그대로 쓸 수 있게 되는 것이죠.
+이렇게 A에서 B로 바뀌는걸 context switch라고 부릅니다.
+
+상태를 저장한다는 걸 **state restore**라고 하고 이는 PCB에 저장됩니다.
+
+즉, Context Switching이란 CPU가 이전의 프로세스 상태를 PCB에 보관하고, 또 다른 프로세스의 정보를 PCB에서 읽어 레지스터에 적재하는 과정을 말합니다.
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