운영체제 - 병행 프로세스란?

2019/07/27 - [운영체제] - 운영체제 - 프로세스(Process)란? 프로세스상태,Context Switching

운영체제 - 프로세스(Process)란? 프로세스상태,Context Switching

2019/07/27 - [운영체제] - 운영체제 - 쓰레드란?(Thread,사용자 수준 쓰레드, 커널 수준 쓰레드, 혼합형 쓰레드)

운영체제 - 쓰레드란?(Thread,사용자 수준 쓰레드, 커널 수준 쓰레드, 혼합형 쓰레드)

 

컴퓨터는 프로그램 작업을 수행하는 데 사용할 수 있는 여러 자원으로 구성된다. 예를 들면, 명령을 실행하는 프로세서, 데이터를 저장하는 메인 메모리, 프로세서의 임시 저장소인 레지스터, 프로세서와 메인 메모리 사이의 속도 차를 조절해주는 캐시 등이 있다. 이 중에서 메모리 같은 자원은 공유 영역을 모든 프로세스가 동시에 공유한다. 즉, 이 메모리 자원은 공유 영역을 프로세스들이 병렬로 사용한다. 반면에 입출력장치 일부나 프로세서는 한 번에 프로세스 하나만 사용할 수 있는 공유자원이다.

 

프로세서 하나는 한 번에 프로세스 하나만 실행할 수 있다. 하지만 운영체제가 프로세서를 빠르게 전환하여 프로세서 시간을 나눠서 마치 프로세스 여러 개를 동시에 실행하는 것처럼 보이게 하는 것을 병행 프로세스라고 한다. 그리고 하나의 프로세스 내에 스레드들을 커널 수준의 스레드로 구현하면 각 스레드에 별도의 프로세서를 할당하여 병렬로 하나의 프로그램을 수행할 수도 있다.

 

• 단일 프로그래밍 : 프로세서를 사용 중이던 프로세스를 완료한 후 다른 프로세스를 실행한다.
• 다중 프로그래밍 : 프로세스 여러 개가 프로세서 하나를 공유한다.
• 다중 처리 : 프로세서를 2개 이상 사용하여 동시에 프로그램 여러 개를 병렬로 실행한다. 프로세스는 한 번에 프로세서 하나에서 실행하지만, 동일한 시스템에서는 서로 다른 시간에 서로 다른 프로세서에서 실행할 수 있다.

이러한 병행 프로세스를 사용하기 위해서는 꼭 해결해야할 과제가 있다.

 

• 공유 자원을 상호 배타적으로 사용해야 한다. 예를 들어, 프린터, 통신망 등은 한순간에 프로세스 하나만 사용해야 한다.
• 병행 프로세스 간에는 협력이나 동기화가 되어야 한다. 상호배제도 동기화의 한 형태이다.
• 두 프로세스 사이에서는 데이터를 교환할 수 있도록 통신이 되어야 한다.
• 프로세스는 동시에 수행하는 다른 프로세스의 실행 속도와 관계없이 항상 일정한 실행 결과를 보장하도록 해야한다.
• 교착 상태를 해결하고 병행 프로세스들의 병렬 처리 능력을 극대화해야 한다.
• 실행 검증 문제를 해결해야 한다.
• 병행 프로세스를 수행하는 과정에서 발생하는 상호배제, 즉 어떤 프로세스가 작업을 실행 중일때 나머지 프로세스는 그것과 관련된 작업을 수행할 수 없도록 보장해야 한다.

다중 처리 시스템에서는 프로세서들이 모든 입출력장치와 메모리를 참조할 수 있어 동시에 동일한 자원에 접근할 때 충돌이 발생할 수 있다. 따라서 프로세서 간의 충돌을 해결하는 방법이 필요하다.