프로세스란 무엇일까?- 하루 10분 운영체제 3일차What is a Process? - Ten-Minute Operating System Day 3
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들어가기 전에🔗
프로그램이 실행될 때 컴퓨터는 이를 어떻게 관리할까요? 운영체제는
프로세스
라는 단위로 프로그램을 구분하고 관리합니다. 이 글에서는 프로세스가 무엇인지, 어떻게 작동하는지, 그리고 서로 다른 프로세스 간에는 어떻게 통신하는지에 대해 알아보겠습니다.
이 개념은 기술 면접이나 운영체제 관련 질문에서 자주 등장하므로, 면접 준비를 하는 분이라면 꼭 알고 넘어가야 할 핵심 내용입니다.🚀
프로세스란 무엇인가요?🔗
프로세스(Process)
는 실행 중인 프로그램을 의미합니다. 다시 말해, 하드디스크에 저장된 정적인 프로그램이 메모리에 올라와 실행될 때 비로소 프로세스가 됩니다.
예를 들어, 워드 파일을 두 번 실행하면 같은 프로그램이지만 서로 다른 프로세스 두 개가 만들어집니다. 각 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가지며 서로의 정보를 직접적으로 공유하지 않습니다.
프로세스는 다음과 같은 구성 요소를 갖습니다- 코드 (텍스트 섹션)
- 데이터 (변수 등)
- 스택 (함수 호출, 지역 변수 등)
- 힙 (동적 메모리)
- 프로그램 카운터, 레지스터 등 상태 정보
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프로세스 스케줄링🔗
하나의 CPU로 여러 프로세스를 동시에 실행하는 것처럼 보이게 하려면, 운영체제는
스케줄링
이라는 작업을 해야 합니다.
스케줄링이란 CPU를 어떤 프로세스에 얼마나, 언제 할당할지를 정하는 과정입니다. 이 작업을 담당하는 것이 바로 CPU 스케줄러
입니다.
운영체제는 일반적으로 다음과 같은 스케줄링 정책 중 하나를 사용합니다- FCFS (먼저 온 순서대로 실행)
- RR (라운드 로빈)
- SJF (실행 시간이 짧은 순)
- 우선순위 기반
각 스케줄링 방법은
반응 속도
, 처리량
, 대기 시간
등에 영향을 주기 때문에 상황에 따라 선택이 달라집니다.✅
4가지 스케쥴링 방법 비교🔗
4가지 스케쥴링 방법 비교
- FCFS (First-Come, First-Served)
• 도착한 순서대로 실행
• P1 → P2 → P3 순서
• 각 프로세스가 먼저 온 순서대로실행됨 • 단점: P1의 실행 시간이 길면, 뒤에 온 P2, P3가 오래 기다림
- RR (Round Robin)
• 각 프로세스에 고정된 시간(Quantum)을 줌 • 예: P1 → P3 → P2 → P1 • 시간 조각 단위로 번갈아가며 조금씩 실행 • 장점: 응답성이 좋음, 공정함 • 단점: Context Switching 비용 증가 가능
- SJF (Shortest Job First)
• 실행 시간이 짧은 작업부터 실행 • 예: P2(2s) → P3(4s) → P1(7s) • 전체 대기 시간 평균을 최소화할 수 있음 • 단점: 실행 시간을 사전에 알아야 함, 긴 작업이 기아(starvation) 가능
- 우선순위 기반 (Priority Scheduling)
• 우선순위가 높은프로세스 먼저 실행 • 예: P2(우선순위 1) → P3(2) → P1(3) • 사용자 또는 시스템이 설정한 우선순위 기반 • 단점: 우선순위 낮은 작업이 계속 밀릴 수 있음 (기아 현상)
| 항목 | FCFS (먼저 온 순서대로) | RR (라운드 로빈) | SJF (짧은 작업 우선) | 우선순위 기반 |
|---|---|---|---|---|
| 기준 | 도착 순서 | 시간 조각 | 실행 시간 | 우선순위 |
| 응답 시간 | 느림 | 빠름 | 평균적 | 우선순위에 따라 다름 |
| 대기 시간 | 길어질 수 있음 | 보통 | 짧음 (평균 최소) | 다름 (낮은 우선순위는 길 수 있음) |
| 선점 가능 여부 | 비선점 | 선점 | 둘 다 가능 | 둘 다 가능 |
| 장점 | 간단함, 구현 쉬움 | 공정함, 응답성 좋음 | 평균 대기시간 최소화 | 긴급 작업 우선 실행 |
| 단점 | 긴 작업으로 전체 지연 가능 | Context Switching 많음 | 실행 시간 예측 필요 | 기아 가능성 있음 |
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프로세스에 대한 연산🔗
운영체제는 프로세스를 다음과 같이 다룰 수 있습니다
- 생성 (Create)
- 실행 (Run)
- 일시 중지 (Suspend)
- 재개 (Resume)
- 종료 (Terminate)
예를 들어, 웹 브라우저를 새로 열면 운영체제는 새로운 프로세스를 생성합니다. 사용자가 창을 닫으면 그 프로세스는 종료됩니다. 백그라운드에서 일시 중지되었다가 다시 실행되기도 합니다.
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프로세스 간 통신 (IPC)🔗
서로 다른 프로세스는 독립적인 공간을 사용하므로, 정보를 주고받기 위해서는 특별한 방법이 필요합니다. 이를
프로세스 간 통신(IPC, Inter-Process Communication)
이라 합니다.
대표적인 IPC 방식은 다음과 같습니다✅
공유 메모리 방식🔗
두 프로세스가 특정 메모리 공간을 함께 사용합니다. 빠르지만,
동기화 문제
가 발생할 수 있어 주의가 필요합니다.
예: 생산자-소비자 문제에서 하나의 버퍼를 함께 사용하는 경우✅
메시지 전달 방식🔗
운영체제를 통해 메시지를 보내고 받는 방식입니다. 보안성이 높고, 구조가 명확합니다.
예: 채팅 앱에서 메시지를 서버에 보내고, 다른 클라이언트가 수신하는 구조
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IPC 시스템의 사례🔗
실제 운영체제는 다양한 IPC 메커니즘을 제공합니다. 예를 들어:
- UNIX: pipe, message queue, shared memory, semaphore
- Windows: named pipe, mailslot, socket
Node.js나 Python 같은 고급 언어들도 이러한 IPC 기능을 내장하거나 라이브러리로 지원합니다.
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클라이언트-서버 환경에서의 통신🔗
현대의 많은 프로그램은
클라이언트-서버 구조
를 기반으로 동작합니다. 클라이언트가 요청을 보내고, 서버가 응답을 처리하는 구조입니다.
예를 들어, 웹 브라우저(클라이언트)는 웹 서버에 페이지를 요청하고, 서버는 HTML 파일을 전달합니다. 이 모든 과정에서 운영체제의 네트워크 IPC 기능(소켓 등)이
핵심 역할을 합니다.
클라이언트-서버 구조 통신 흐름도
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요약🔗
이번 글에서는 운영체제의 가장 기본 단위인 프로세스에 대해 배워보았습니다. 실행 중인 프로그램이 어떻게 메모리에 적재되고, 어떻게 CPU를 배정받으며, 또 다른 프로세스와 어떻게 소통하는지를 차근차근 살펴보았습니다.
다음 글에서는 '스레드와 병행성'이라는 주제로 이어집니다.
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참고🔗
- Operating System Concepts (10th Edition)
- https://en.wikipedia.org/wiki/Process_(computing)↗