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1 PROCESS 개념도

4.3 리눅스의 심장, 프로세스(Process)의 이해

리눅스 서버가 안정적으로 여러 사람의 요청을 동시에 처리하며 돌아가게 하려면, 내부적으로 구동 중인 수많은 프로그램, 즉 프로세스 시스템이 원활하게 상호작용해야 합니다.

프로세스 상태 전환 다이어그램

동작 원리: CPU는 눈에 보이지 않을 만큼 찰나의 시간 분할(Time Sharing)을 통해 하나의 프로세스를 실행(Running)했다가 강제로 준비(Ready) 상태로 내리는 스케줄링을 반복하여 마치 100개의 프로그램이 동시에 작동하는 것처럼 속입니다.

1. 프로세스란 무엇인가?

컴퓨팅 환경에서 설치된 ‘프로그램’이 하드디스크에 잠들어 있는 정적인 상태라면, 이를 더블클릭하여 메모리에 적재된 순간부터 그것을 활동적인 프로세스(Process) 라고 부릅니다. 운영체제는 하나의 무거운 프로그램을 통째로 실행하지 않고, 여러 개의 작은 조각으로 분할하여 대기와 실행을 무한히 반복시키는 기법을 씁니다. 이런 규칙들을 통해 여러 프로세스들이 “동시에 실행되는 것처럼” 보이는 것입니다.

1.1 계층 구조와 PID 식별자

  • PID (Process ID): 리눅스에서는 구동되는 모든 프로세스에 주민등록번호와 같은 고유한 번호(PID)를 부여해 관리합니다.
  • 부모와 자식: 프로세스가 무언가 거대한 업무를 돕기 위해서 자신에게 종속되는 새로운 프로그램 가지를 호출할 때, 이 관계를 부모 프로세스(Parent Process)와 자식 프로세스(Child Process)라고 부릅니다. 자식은 부모가 종료되면 고아(Orphan) 상태가 될 위험이 있습니다.

(윈도우에서도 다음과 같은 작업관리자 프로세스 관리 표를 확인할 수 있으며, 동일한 동작 개념입니다.) image-20230330142143841

2. 디스패처와 프로세스 스케줄링

운영체제 뇌인 커널은 복수의 프로그램들이 동시에 매끄럽게 돌아가는 것처럼 보이게 만들기 위해, ‘누구에게 몇 초 동안 CPU를 쓰게 해 줄지’ 일정한 규칙에 따라 분배 스케줄링을 지시합니다.

(기존 작성된 프로세스 간 상태 주기 그림 자료입니다.) image-20230330142829532

2.1 사이클 상태 변화

처리되는 모든 프로세스는 커널이 부여한 우선순위(Priority)에 따라 CPU를 빼앗겨 멈추거나 계속 할당받는 롤러코스터 사이클을 반복하게 됩니다.

  1. 준비 대기열 (Ready Queue): CPU가 지금 바빠서 연산을 처리해 줄 수 없으므로 우선 대기표를 뽑고 기다리는 수백 개의 프로그램 통입니다.
  2. 실행 (Running): 배정된 순번이 오면 아주 짧은 0.0001초 동안 CPU에 들어가 연산을 수행합니다 (디스패치/Dispatch). 할당된 시간이 끝나면 커널이 타임아웃을 걸어 강제로 다시 1번 상태(Ready)로 내쫓습니다.
  3. 입출력 대기 대피소 (Waiting / Blocked): 만약 연산 도중 하드디스크에서 파일을 불러오거나 사용자의 마우스 클릭을 한참 기다려야 할 땐 굳이 비싼 CPU 안에 머물지 못하고 대기소로 방출되어 이벤트 발생을 대기합니다.
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