[이어드림스쿨 1주차] 프로세스(개념, 멀티 프로세싱, 프로세스 스케줄링)
KiwiChip프로세스의 상태
프로세스 상태 전이도
📌 프로세스 상태(Process States)
운영체제(OS)에서 프로세스는 실행 중 여러 상태를 오가며 진행된다. 이를 쉽게 이해하기 위해 식당에 방문하는 고객의 경험에 비유할 수 있다.
1️⃣ 생성(New/Created) 상태 🆕
프로세스가 생성되었으나 아직 메모리에 완전히 올라가지 않은 상태이다.
📌 비유: 고객이 식당 앞에서 대기 번호표를 받고 줄을 서 있는 상태이다.
2️⃣ 준비(Ready) 상태 ⏳
프로세스가 메모리에 올라왔으며, CPU가 작업을 실행할 준비가 된 상태이다.
CPU를 할당받기 전까지 대기 큐에서 기다린다.
📌 비유: 식당에 입장하여 빈자리에 앉아 주문을 기다리는 상태이다.
3️⃣ 실행(Running) 상태 🚀
프로세스가 CPU를 할당받아 실제로 작업을 수행하는 상태이다.
📌 비유: 고객이 음식을 직접 먹는 단계이다.
4️⃣ 대기(Blocked/Waiting) 상태 ⏸️
프로세스가 특정 자원(파일, 네트워크, 사용자 입력 등)을 기다리며 잠시 멈춘 상태이다.
자원이 준비되면 다시 준비(Ready) 상태로 이동한다.
📌 비유: 식사를 하다가 화장실을 가기 위해 자리를 잠시 비우는 상황이다.
5️⃣ 종료(Terminated) 상태 🛑
프로세스가 모든 작업을 완료하고 종료된 상태이다.
📌 비유: 고객이 식사를 마치고 자리에서 일어나 식당을 나가는 상태이다.
멀티 프로세싱 (Multiprocessing)
🔹 멀티 프로세싱이란?
하나의 컴퓨터에서 여러 개의 프로세스를 동시에 실행하는 방식이다.
단일 CPU 환경에서는 여러 프로세스를 빠르게 번갈아 실행하는 방식(시분할)이며,
다중 CPU 환경에서는 여러 프로세스를 병렬로 실행한다.
📌 비유: 가정 내에서 부모가 요리를 하고, 아이가 숙제를 하며, 로봇청소기가 청소를 하는 것과 유사하다.
🔹 멀티 프로세싱 vs 멀티 스레딩 비교
| 개념 | 멀티 프로세스 (Multi Process) | 멀티 스레드 (Multi Thread) |
| 실행 단위 | 여러 개의 독립적인 프로세스 실행 | 하나의 프로세스 내 여러 스레드 실행 |
| 메모리 | 각 프로세스는 독립적인 메모리 공간 사용 (자원 공유 X) | 스레드끼리는 메모리를 공유 (자원 공유 O) |
| 안정성 | 한 프로세스의 오류가 다른 프로세스에 영향을 주지 않음 | 하나의 스레드가 오류를 일으키면 전체 프로세스에 영향 |
| 속도 | 프로세스 간 통신 비용이 높아 속도가 느릴 수 있음 | 스레드 간 데이터 공유가 용이해 속도가 빠름 |
| 예시 | 크롬 브라우저의 여러 창, 워드 & 엑셀 동시 실행 | 크롬 브라우저 내 여러 탭 |
📌 비유:
멀티 프로세스: 여러 개의 독립된 집에서 각자 집안일을 하는 것과 같다.
멀티 스레드: 한 집안에서 여러 가족 구성원이 역할을 나눠서 집안일을 하는 것과 같다.
📌 프로세스 간 통신 (IPC, Inter-Process Communication)
✅ IPC가 필요한 이유
운영체제에서 각 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가진다.
그러나, 여러 프로세스가 데이터를 공유하고 협력해야 하는 경우가 많다.
📌 예시:
웹 브라우저(크롬)와 다운로드 매니저가 서로 정보를 주고받아야 하는 경우
음악 플레이어와 볼륨 조절 프로그램이 서로 연동해야 하는 경우
📌 비유:
🏡 각 프로세스는 독립적인 집
운영체제(OS)는 각 프로세스가 독립적인 공간을 가지도록 보장한다.
하지만, 우편함📬(IPC 방식) 을 통해 데이터를 주고받을 수 있다.
✅ IPC 방식 (Inter-Process Communication Methods)
| IPC 방식 | 설명 | 비유 |
| 메시지 큐 (Message Queue) | 운영체제가 중간에서 메시지를 관리하며 프로세스 간 비동기 통신을 지원한다. | 📬 공용 우편함 사용 |
| 공유 메모리 (Shared Memory) | 프로세스끼리 특정 메모리 공간을 공유하여 빠르게 데이터를 전달한다. | 🏡 서로 열린 마당 공유 |
| 파이프 (Pipe) | 한 방향으로만 데이터를 전달할 수 있다. | 🚇 일방통행 지하철 |
| 소켓 (Socket) | 네트워크를 통해 다른 컴퓨터와의 프로세스와 통신할 수 있는 기술이다. | 📞 전화 통화 |
📌 IPC 예제: 유튜브에서 영상 보기
유튜브 앱(프로세스) 🏡 → 영상 재생 프로그램(프로세스) 🏡
서로 데이터를 주고받아야 한다. → IPC를 사용해서 통신!
📌 프로세스 관련 용어 정리
| 개념 | 설명 |
| 프로세스(Process) | 실행 중인 프로그램 |
| 스레드(Thread) | 프로세스 내에서 실행되는 작은 실행 단위 |
| 컨텍스트 스위칭(Context Switching) | 하나의 프로세스에서 다른 프로세스로 CPU를 전환하는 과정 |
| 멀티 태스킹(Multitasking) | 여러 개의 프로세스를 동시에 실행하는 것 |
| 스케줄러(Scheduler) | CPU가 실행할 프로세스를 결정하는 운영체제(OS) 모듈 |
| 데드락(Deadlock) | 여러 프로세스가 서로 자원을 점유한 상태에서 교착 상태에 빠지는 현상 |
✅ 정리
프로세스 상태
생성(New) → 준비(Ready) → 실행(Running) → 대기(Blocked) → 종료(Terminated)
📌 비유: 식당에서 주문하고 식사하는 과정
멀티 프로세싱 vs 멀티 스레딩
멀티 프로세스: 여러 개의 독립적인 프로세스 실행 (각각 독립된 집)
멀티 스레드: 하나의 프로세스 내 여러 작업 실행 (한 집안에서 역할 분담)
IPC (프로세스 간 통신)
프로세스 간 데이터 교환이 필요할 때 사용
주요 방식: 메시지 큐, 공유 메모리, 파이프, 소켓
운영체제에서 중요한 개념
- 컨텍스트 스위칭, 멀티태스킹, 스케줄러, 데드락
프로세스 스케줄링이란?
여러 개의 프로그램(프로세스)이 동시에 실행될 때 CPU가 어떤 작업을 먼저 실행할지 결정하는 방식이다.
운영체제(OS)가 공평하고 효율적으로 CPU를 배분하는 역할을 한다.
📌 비유: 식당에서 웨이터가 손님에게 음식이 나오는 순서를 정하는 것과 같다.
🎯 스케줄링의 목적
1️⃣ 대기 시간을 최소화 ⏳
2️⃣ 모든 작업이 공평하게 실행되도록 함 ⚖
3️⃣ 시스템 전체의 성능을 높임 🚀
✅ 1. 선입선처리(FCFS, First Come First Served)
🔹 먼저 온 손님부터 순서대로 처리하는 방식이다.
가장 먼저 도착한 프로세스부터 실행된다.
단순하고 공정하지만, 처리가 오래 걸리는 작업이 먼저 오면 다른 작업들이 늦어질 수 있다.
📌 비유: 음식 주문한 순서대로 요리가 나오는 식당 🍽
✔ 장점: 쉽고 공정하다.
❌ 단점: 한 손님이 너무 오래 걸리면 다음 손님들이 오래 기다려야 한다.
✅ 2. 최단 작업 우선(SJF, Shortest Job First)
🔹 작업 시간이 짧은 프로세스부터 먼저 실행하는 방식이다.
평균 대기 시간을 줄일 수 있다.
하지만 긴 작업이 계속 뒤로 밀려서 실행되지 않을 수도 있다. (기아 현상 발생 가능)
📌 비유: 빨리 먹을 수 있는 요리를 먼저 서빙하는 식당 🍛
✔ 장점: 전체 대기 시간을 줄일 수 있다.
❌ 단점: 오래 걸리는 작업은 계속 밀려서 처리가 안 될 수도 있다.
✅ 3. 라운드 로빈(RR, Round Robin)
🔹 모든 작업이 일정한 시간 동안 번갈아 가며 실행되는 방식이다.
각 프로세스가 정해진 시간(타임 슬라이스) 동안 CPU를 사용한다.
시간이 지나면 다음 프로세스로 교체된다.
📌 비유: 웨이터가 손님들에게 조금씩 번갈아 가면서 요리를 서빙하는 방식 🍽
✔ 장점: 공평하게 처리할 수 있으며, 실시간 시스템에서 유리하다.
❌ 단점: 프로세스 전환이 많아지면 오버헤드(추가 작업)가 증가한다.
교착상태(Deadlock)와 기아상태(Starvation) 쉽게 이해하기!
➡ 컴퓨터에서 여러 작업(프로세스)이 실행될 때, 서로 필요한 자원을 차지하거나 빼앗지 못해서 진행이 멈추는 현상이다.
💡 비유: 여러 사람이 하나의 주방을 사용하려고 할 때 벌어지는 문제 🍳
✅1. 교착상태(Deadlock)란?
- 서로 자원을 가지고 있지만 상대방의 자원을 기다리느라 아무도 작업을 진행하지 못하는 상태이다.
📌 비유:
요리사 A는 칼을 가지고 있지만 냄비가 필요하다.
요리사 B는 냄비를 가지고 있지만 칼이 필요하다.
둘 다 상대방이 자원을 내놓기만을 기다리며 아무 일도 못 한다.
🚨 결과적으로 아무도 요리를 못 하고 주방이 멈춘다!
✅ 교착상태 발생 조건 (4가지)
➡ 교착상태가 발생하려면 다음 4가지 조건이 모두 만족해야 한다.
| 조건 | 설명 | 비유 |
| 상호 배제 (Mutual Exclusion) | 한 번에 하나의 프로세스만 자원을 사용할 수 있다. | 칼은 한 사람이 한 번에 하나만 사용할 수 있다. |
| 점유 대기 (Hold and Wait) | 자원을 가지고 있는 상태에서 다른 자원을 기다린다. | 요리사 A는 칼을 들고 있으면서 냄비를 기다린다. |
| 비선점 (No Preemption) | 자원을 강제로 빼앗을 수 없다. | 요리사 A가 냄비를 B에게 강제로 빼앗을 수 없다. |
| 순환 대기 (Circular Wait) | 서로 자원을 기다리며 꼬리를 무는 형태이다. | 요리사 A → B → C → A 순서로 자원을 기다린다. |
📌 해결 방법:
한 가지 조건만 깨도 교착상태를 막을 수 있다.
예) 요리사가 칼과 냄비를 동시에 받을 수 있도록 하면 문제를 해결할 수 있다.
✅ 2. 교착상태 해결 방법
| 해결 방법 | 설명 | 비유 |
| 은행원 알고리즘 (자원 검사) | 자원을 할당하기 전에 미리 검사해서 교착상태가 발생할 가능성이 있으면 할당하지 않는다. | 주방장이 미리 재료와 도구가 충분한지 확인 후 요리를 시작하도록 지시한다. |
| 교착상태 무시 | 그냥 문제를 신경 쓰지 않고 시스템이 멈추면 재부팅한다. | "주방이 막히면 그냥 다시 시작하자!" |
| 프로세스 종료 | 문제가 되는 프로세스를 강제로 종료하여 해결한다. | 주방장이 한 요리사를 주방에서 내보내고 나머지가 작업을 계속하도록 한다. |
✅ 3. 기아상태(Starvation)란?
- 우선순위가 낮은 작업이 계속 CPU나 자원을 받지 못하고 기다리는 상태이다.
📌 비유:
식당에서 계속 VIP 손님(우선순위 높은 프로세스) 만 서빙한다.
일반 손님(우선순위 낮은 프로세스) 은 계속 기다리다가 결국 음식을 못 먹는다.
🚨 결과적으로 우선순위 낮은 프로세스는 영원히 실행되지 않을 수도 있다!
✅ 기아상태 해결 방법
| 해결 방법 | 설명 | 비유 |
| 우선순위 조정 (Aging 기법) | 오래 기다린 프로세스의 우선순위를 점점 높여준다. | 오래 기다린 손님에게 VIP 혜택을 주어 먼저 서빙한다. |
| 라운드 로빈 방식 사용 | 모든 프로세스가 일정한 시간 동안 CPU를 사용할 수 있도록 한다. | 웨이터가 모든 테이블에 공평하게 서빙한다. |
| FIFO(선입선처리) 방식 적용 | 먼저 요청한 프로세스부터 처리한다. | 식당에서 온 순서대로 음식을 제공한다. |
🔥 정리
✔ 교착상태(Deadlock): 서로 자원을 기다리며 아무 일도 못 하는 상태이다.
✔ 교착상태 발생 조건: 상호 배제, 점유 대기, 비선점, 순환 대기가 있다.
✔ 교착상태 해결 방법: 자원 검사, 프로세스 종료, 문제 무시 등이 있다.
✔ 기아상태(Starvation): 우선순위가 낮아서 계속 실행되지 않는 상태이다.
✔ 기아상태 해결 방법: 우선순위 조정, 라운드 로빈 방식, 선입선처리가 있다.
➡ 즉, 운영체제는 프로세스들이 원활하게 실행될 수 있도록 교착상태와 기아상태를 방지해야 한다!
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KiwiChip
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I'm currently learning Python and studying RAG (Retrieval-Augmented Generation).