프로그램은 어떻게 실행될까 (OS-1)

29 Aug 2023 in Development

내 노트북에서 프로그램은 어떻게 실행될까? 그리고 프로세스는 도대체 뭘까?

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OS

• OS is a program running at all times on the computher

Memory hierarchy

• Register
  • CPU내부에 있는 매우 작고 빠른 저장 공간
  • 지금 하고 있는 연산에 필요한 데이터들만 저장
  • RAM에서 데이터 로드해서 Register에서 연산하는 것임
• Cache
  • 보통 SRAM(비쌈)
• RAM
  • 보통 DRAM
  • Memory영역으로 구성
• 주기억 장치
  • RAM, ROM, cache memory
• 보조기억 장치
  • HDD, SSD 등

Memory 영역(RAM에만 있음)

• Code section
  • 우리가 작성한 소스코드가 들어가는 부분
  • 즉, 실행할 프로그램의코드가 저장되는 영역
• Data section
  • 전역변수, static 변수
• Heap section
  • 동적할당
  • 프로그래머가 할당/해제 하는 메모리 공간
  • 런타임 시에 크기 결정
  • java의 garbage collector
• Stack section
  • 프로그램이 자동으로 사용하는 임시 메모리 영역
  • 함수 호출시 생성되고 호출 끝나면 사라짐
  • Heap과 Stack 영역은 서로 trade off

그래서 프로그램은 어떻게 실행될까?

1. 프로그램 실행 요청
2. HDD or SSD같은 보조 저장장치에 저장된 프로그램을 메모리(RAM)에 로드
3. RAM에서 CPU로
   • 직접 RAM에서 명령어를 처리하지 않고, CPU내부의 레지스터로 이동시킨다.
4. 레지스터에서 명령어를 실행하고 결과를 RAM에 저장하며 메모리 상태를 업데이트 한다.
   • 동적 메모리가 할당 되면 FreeStore 영역을 사용한다.(아래쪽으로 이동)
   • 스택 메모리가 할당되면 FreeStore영역을 사용한다. (위쪽으로 이동)

❗️ free store는 보통 C++에서 사용되는 개념이고 java에서는 method 영역이 비슷한 역할을 한다고 한다. 가장 중요한건 stack, heap 이다~

❗️ stack, heap 영역은 RAM의 영역이다

Process란?

• 실행중인 프로그램
• 독립적인 메모리 자원 할당
• 운영체제로부터 자원을 할당받는 작업의 단위
• HDD에 있는 program(명령어의 집합)이 memory 영역에 올라온 것
• 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Heap, Stack)을 할당 받음
• 시스템 프로세스(kernel process), 사용자 프로세스로 나뉨
• 기본적으로 최소 1개의 스레드를 가지고 있음
• 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근할 수 없음

Process Status

• new
• ready
• running
• waiting
• terminated

PCB(Process Control Block)

• 프로세스의 상태와 관련된 정보를 저장하는 데이터 구조
• 프로세스의 생성과 동시에 고유한 PCB 생성
• RAM에 저장됨
• 구성 요소
  • Process ID : 프로세스 식별 번호
  • Process status
  • Program counter : 프로세스가 다음에 실행할 명령어의 주소
  • CPU Register : 프로세스의 현재 상태에 관한 정보 포함, Context swicthing 시 저장하거나 복원해야 하는 레지스터들의 값
  • CPU 스케줄링 정보 : 프로세스의 우선순위, 스케줄 큐에 대한 포인터 등
  • Memory 관리 정보 : 페이지 테이블 또는 세그먼트 테이블 등과 같은 정보 포함
  • I/O 상태 정보 : 프로세스에 할당된 입출력 장치들과 열린 파일 목록
  • Accounting 정보 : 사용된 CPU 시간, 시간제한, 계정 정보 등

🤔 다음 포스팅은 스레드와 내 컴퓨터는 어떻게 카톡도 보고 유투브도 보고 동시에 일을 할 수 있는지에 대해 알아보자