[CS] Operating System

운영체제

OS 정의

: 응용 프로그램과 하드웨어 간의 인터페이스로써 사용자가 컴퓨터를 편리하고 효과적으로 사용할 수 있도록 환경을 제공하는 시스템 소프트웨어

Program & Process & Thread

1. Program
   • 어떤 작업을 위해 실행는 파일
2. Process - 실행중인 프로그램
   - 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당
   - 최소 1개의 Thread(Main Thread 포함)를 보유
3. Thread - 프로세스 안에서 실행되는 여러 작업 단위
   - 프로세스 내에서 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유
   - cf. Java-Thread: JVM에 의해 스케쥴되는 실행 단위 코드 블럭

Multi-process & Multi-thread

1. Multi-process
   • 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것
   • 자원이 서로 다르게 할당되므로 작업이 독립적으로 수행되어 안정적이나
   • 작업량 많을수록 오버헤드 및 Context Switching으로 인한 성능 저하 우려
     • OverHead: 어떤 처리를 하기 위해 들어가는 간접적인 처리 시간 · 메모리 등
     • Context Switching: 멀티프로세스 환경에서 CPU가 어떤 프로세스를 실행하고 있는 상태에서 인터럽트 요청에 의해 다음 우선 순위의 프로세스가 실행되어야 할 때 Context(CPU가 해당 프로세스를 실행하기 위한 해당 프로세스의 정보들)를 교체하는 작업
   • 한 프로세스가 다른 프로세스와 통신하기 위해 IPC(Inter-process communication) 사용해야하므로 통신이 복잡함
2. Multi-thread
   • 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하여 각 스레드가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것
   • 자원이 Stack만 따로 할당받으므로 시스템의 자원과 처리 비용 감소하며 Context Switching이 빠름
   • 스레드 간의 자원(Code, Data, Heap)을 공유하고 있기 때문에 통신의 부담이 적어 응답 시간이 빠름
   • 자원을 공유하고 있으므로 동기화 문제가 발생할 수 있으며, 하나의 스레드의 오류로 전체 프로세스에 문제 발생

 

멀티 쓰레드 환경에서의 주의사항

1. 동시성 문제
   : 2 이상의 스레드가 동시에 같은 값을 변경하면서 발생하는 문제
2. 교착 상태
   : 둘 이상의 프로세스들이 자원을 점유한 상태에서 서로 다른 프로세스가 점유하고 있는 자원을 요구하며 무한정 기다리는 상황
3. 해결방법
   • 상호 배제(Mutual Exclusion): Locking과 UnLocking를 통해 구현
   • 세마포어(Semaphore): 최대 허용치만큼 접근 요청을 가능하게 설정하여 0이 되면 대기하도록 설정
   • Monitor: synchronized를 통해 구현

동기 & 비동기

1. 동기
   • 설계가 간단하고 직관적
   • 결과가 주어질 때까지 다른 작업을 수행하지 못함
2. 비동기
   • 동기보다 복잡
   • 어떤 작업이 진행 중일 때, 그 시간 동안 다른 작업을 할 수 있으므로 자원을 효율적으로 사용할 수 있음

페이지 교체 알고리즘

: 운영체제에서 필요한 페이지가 주기억장치에 적재되지 않았을 시(= 페이징 부재) 어떤 페이지를 선택해 교체할 것인지 결정하는 방법

1. FIFO(first in first out)
   : 가장 간단한 알고리즘, 메모리에 올라온 지 가장 오래된 페이지를 교체
2. 최적(Optimal)
   : 앞으로 가장 오랫동안 사용되지 않을 페이지를 교체 - 구현 불가능
3. LRU(least-recently-used)
   : 가장 오래 사용되지 않은 페이지를 교체
4. LFU(least-frequently-used)
   : 참조 횟수가 가장 작은 페이지를 교체
5. MFU(most-frequently-used)
   : 참조 횟수가 가장 많은 페이지를 교체

 

 

 

참고 자료

신입 개발자 기술면접 질문 정리 - 네트워크

[OS] 프로세스(Process)와 스레드(Thread) 차이 (멀티 프로세스, 멀티 스레드)

ThreadPoolTaskExecutor 설정 고민해보기 (feat. 외부 연동 서비스 API 비동기 호출)