Process Description andControl 2

 

Mode switch vs Process switch

1. Mode switch 

• user mode와 kernel mode 사이의 전환
• 모드가 전환되더라도 running state인  process상태는 변화되지 않는다.
  ->같은 프로세스 사이에서 mode switch일 경우 process상태는 바뀌지 않고 모드만 바뀐다는 의미
• 위와같은 경우, saving/restoring contexts는 오버헤드를 포함한다.
• 하드웨어적으로 동작

2. Process switch

• 한 프로세스에서 다른 프로세스로의 전환
• 현재 process의 context를 저장한다.
• PCB를 update하여 ready, block 등 상태를 변화시키고 상태에 따라 적절한 queue로 이동한다.
• 실행을 위한 다른 process를 선택한다. -> call schedule() : kernel 함수 -> overhead 발생 : 이 때의 overhead는 mode switch와 비교할 수 없이 크다.
• running 상태인 PCB를 update하고 TLB를 update(다음 시간에 자세히 배울 예정) 후 restore context

Process 1 -> kernel : Timer interrupt 발생으로 인한 mode switch. 이 때, process 1의 시작부터 process 2가 시작되기 전 kernel의 영역까지 Process 2의 영역이라고 볼 수 있다.

Process 2 -> kernel : System call 발생으로 인한 mode switch. 위와 동일

Process 1 -> process 2 : mode switch를 동반하는 process switch

Process 2 -> process 2 : Process 끼리의 전환이 없는 mode switch ( 대표적인 예로 time slice가 끝나지 않은 timer interrupt)

이와 같이 process switch와 mode switch를 구분할 수 있다.

 

Process switch overhead

1. PCB update

2. 실행할 다음 process 찾는 일

3. cache changing에 대한 overhead

 

 

 

OS의 모델 

Nonprocess kernel : kernel 이 user processes와 분리된 형태로 제공됨

Execution within User Proceses : 현대 OS 대부분의 방식으로 프로세스마다 kernel stack을 제공한다.(물론 user stack도)

Process-based Operating System : 핵심적인 커널만 남기고 non-critical은 user kernel로 올려서 유연하게 이용하는 방식이다.

 

Kernel Stack

프로세스는 user stack과 kernel stack을 가지고 있다.

이들을 분리한 이유는 mode분리와 마찬가지로 system을 보호하기 위함이다.

 

-> process switch는 커널이 제어권을 가질 때 발생가능하다.

saving and restoring function들은 하드웨어적으로 수행된다.

 

 

process switch

->

Process switch 과정

좌측 위부터

1. 프로세스 P실행

2. process switch를 유발하는 interrupt or exception or syscall 발생

3. PCB0에 P의 state 저장

3.PCB1에 있는 프로세스 Q reload

4. 프로세스 Q실행

5. 또다시 프로세스 스위치 하고 이번엔 

6. 프로세스 Q를 PCB1에 저장하고

7. 프로세스 P를 PCB0로부터 reload 함으로써 프로세스 Q->P로 switch될 준비

 

-> 주황색 부분이 kernel에서 일어나는 일들

 

이 때, Process switch는 mode switch를 필연적으로 발생시키지만 mode switch는 process switch를 필연적으로 발생시키진 않는다!

 

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자 이제부터 mode switch, process switch가 진행되는 자세한 예를 설명할 것이다.

집중!!!

 

User progam p가있다.

PC값은 다음에 실행될 yield()함수의 주소,

SP는 current top 인 메인의 함수의 시작부분

PSW는 user mode 를 담고있다.

 

여기서 yield() 함수는 process switch를 유발시키는 함수이다.

우리는 이미 알다시피 process switch가 발생하면 mode switch가 필연적이라는 것을 알 수 있다.

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yield()함수를 살펴보자.

mov 7,$eax 를 보고 레지스터를 통하여 이동한다는 것을 알 수 있다.

int 0x80은 인텔에서 kernel에 진입하여 인터럽트를 호출하는 함수이다. (int 는 정수형을 말하는 int가 아닌 interrupt를 의미)

 

이제 yield()함수로 jump했고

PC값은 다음에 실행될 함수인 int 0x80,

SP값은 current topdls yield함수의 시작

PSW는 user mode를 가리킨다.

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이제 int 0x80을 통해 kernel로 진입하게 된다. 

 

PC값은 다음에 수행될 함수인 old = current_pid()를 가리키고

SP는 current top인 sys_tield의 시작부분을 가리키고

PSW는 kernel mode를 가리킨다.

 

이 때, 오른쪽 아래에 보이는 stack은 kernel stack이다.

 

여기서 user stack(좌측 하단)과 kernel stack(우측 하단)을 구분하여 정리해야 한다!

 

kernel stack에는 저 5개의 값이 담길 수 있는데

saved PC는 저장된 PC를 의미하기에 process P의 관점에서 int 0x80의 다음에 수행될 어떠한 함수를 가리킨다.

saved SP는 저장된 SP인 yield함수,

saved PSW는 user mode를 나타낸다.

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이제 sys_yield의 new = schedule() 로 왔다.

PC는 다음에 수행될 값인 process_switch(old,new)를

SP는 kernel stack의 current top 인 sys_yield

PSW는 kernel mode를 가리킨다.

 

kernel stack을 살펴보자.

old와 new가 바뀌었다.

 

이제 process_switch(old,new);를 실행하면서

old에는 이전 process인 P

new에는 다음 process인 Q 가 담긴다.

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process_switch 함수로 진입하였다.

PC는 다음에 수행될 save_context(old)를

SP는 current top인 process_switch를

PSW를 kernel mode를 가리킨다.

 

process_switch 내에서

save_context(old)를 수행하는 것은

P의 context를 저장하는 것을 의미한다.

Process switch를 준비하는 것이다!

 

여기서 주의해야할 것은

kernel stack에 두 개의 stack frame이 생성되었다.

 

process_switch stack frame에 In_progress: 0이 담긴다.

나머지는 동일

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이제 PCB가 등장한다.

save_context하면 어디에 저장되는가

바로 PCB이다!

 

PCB에는 saved PC와 saved SP가 저장된다.

 

P의 PCB의 입장에서

saved PC는 save_context(old);를

saved SP는 kernel stack의 proces_switch를 의미한다.

 

 

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그 다음으로 if(in_progress ==1)로 가지만 성립하지 않기에

(현재 in_progress == 0 임)

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else인

in_progress = 1;로 설정된다.

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그 후 restore_context(new);를 해주면

새로운 프로세스인 Q가 나타난다.

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이 때, PC와 SP는 Q를 위한 PC,SP를 가리킨다.

PCB(P)는 계속 save_context(old);를 가리키고 있음을 주시해라.

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이제 프로세스 Q를 실행하다가 어떤 이유로 다시 P가 실행된다고 가정하자.

그렇다면 process switch가 일어났기에 process_switch함수로 간다고 생각할 수 있지만

PCB(P)를 주목하면 saved PC가 save_context를 가리키고 있다.

이는 process_switch함수의 처음이 아닌 P가 수행되던(saved_PC가 가리키는)

save_context로 돌아간다는 것을 의미한다.

 

 

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in_progress는 아까 1로 바꿔 주었기에 if(in_progress == 1)로 들어가 return한다.

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return 했으니 더이상 PCB(P)는 필요가 없다.

다시 sys_yield()함수로 돌아가고 process_switch(old,new);까지 마쳤으니

sys_yield()함수를 끝마치고

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user program으로 돌아온다

 

웅장...