# Week2(1/2) Process

## 프로세스와 프로그램의 차이점에 대해 설명해주세요.

프로세스: 실행 중인 프로그램. 동적인 단위

프로그램: 실행 가능한 코드의 집합. 정적인 코드

## 문맥 교환(Context Switching)이란 무엇이며 과정에 대해 설명해주세요.

"현재 프로세스의 상태를 보존하고, 새로운 프로세스를 로드하여 멀티태스킹을 실현하는 메커니즘"

CPU가 현재 실행 중인 프로세스의 상태를 저장하고, 다른 프로세스를 실행하는 과정. 멀티태스킹 환경에서 자원을 효율적으로 사용하기 위해 필수적인 작업.

* 타이머 인터럽트(시분할 시스템), 시스템콜을 통한 IO 요청, 우선순위가 높은 프로세스 등장과 같은 상황에서 발생
* 현재 실행중인 프로세스의 상태를 PCB(Process Control Block)에 저장합니다. PID, 레지스터값, 프로그램 카운터(PC), CPU 스케줄링 정보 등이 저장됩니다.
* 이후 운영체제는 새로운 프로세스의 PCB 정보를 복구해 CPU에 할당합니다.
* 이 과정에서 CPU 스케줄러에 따라 다음 실행 프로세스가 결정됩니다.

## 프로세스의 메모리 공간 구조에 대해 설명해 주세요

코드 영역, 데이터 영역, 힙 영역, 스택 영역

* 코드 영역: 프로그램의 명령어가 저장되는 영역입니다.
* 데이터 영역: 정적 변수, 초기화된 전역 변수, 프로그램에서 사용하는 상수가 저장됩니다. (불변 데이터를 저장)
* 힙 영역: 동적으로 할당되는 메모리 공간입니다. new 같은 함수 호출로 메모리를 동적으로 할당할때 사용. 자동으로 관리되지 않아서 free()같은 함수로 개발자가 해제해야합니다.
* 스택 영역: 함수 호출 시 생성되는 지역 변수, 함수 인자, 리턴 주소 등이 저장되는 영역입니다. 자동으로 관리됩니다.

## 프로세스 제어 블록(PCB)가 뭔가요? 어떤 정보가 담겨있나요?

"운영체제가 **각 프로세스를 관리하기 위한 데이터 구조**입니다. 프로세스가 생성되면, 운영체제는 해당 프로세스의 PCB를 생성하고, 프로세스의 상태 및 실행에 필요한 중요한 정보를 기록해 둡니다."

* 프로세스의 전체 상태를 관리하는 중요한 데이터 구조(컨텍스트 스위칭에만 사용되는게 아님)\
  즉, 문맥 교환뿐만 아니라 운영체제가 모든 프로세스를 관리할 때 필요한 핵심 정보를 저장하는 공간(커널 공간에 저장됨)
* PID, 레지스터 값, 프로그램 카운터, CPU 스케줄링 정보 등이 저장됩니다.

<details>

<summary>PCB에 저장되는 정보</summary>

* **프로세스 식별자(PID)**: 각 프로세스를 구분하는 고유한 식별자.
* **프로세스 상태**: 실행 중, 준비 상태, 대기 상태 등의 현재 프로세스 상태.
* **레지스터 값**: 프로세스 실행 시의 CPU 레지스터 값들이 저장됩니다.
* **프로그램 카운터(PC)**: 프로세스가 다음에 실행할 명령어의 주소.
* **메모리 관리 정보**: 프로세스의 메모리 영역(코드, 데이터, 스택, 힙) 정보.
* **CPU 스케줄링 정보**: 프로세스 우선순위, 스케줄링 큐에서의 위치, CPU 점유 시간 등.
* **입출력(I/O) 상태 정보**: 프로세스가 사용하는 파일, I/O 장치 상태.

</details>

## 멀티 프로세스에 대해서 설명해주세요

* **하나의 프로그램에서 동시에 여러 개의 프로세스**를 실행하는 기술.
* 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 사용하며, 프로세스 간의 상호작용을 위해서는 **IPC(Inter-Process Communication)**&#xC640; 같은 통신 방법을 사용
* 한 프로세스가 오류로 종료되더라도 다른 프로세스에는 영향을 미치지 않습니다.

예시: **웹 브라우저 탭**: 구글 크롬은 각 탭을 개별 프로세스로 실행합니다. 한 탭이 멈추거나 문제가 생기더라도 다른 탭이 영향을 받지 않는 것은 이 멀티 프로세스 구조 덕분입니다.

## 프로세스 수행 상태 변화 과정에 대해 설명해주세요.

프로세스는 생성부터 종료까지 **다양한 상태**를 거치며, 운영체제는 이러한 상태 변화를 관리

1. New: 프로세스가 **생성 중인 상태**. 이때 메모리 할당 등 필요한 자원을 할당받기 전의 상태
2. Ready: 프로세스가 CPU를 할당받기 위해 **대기하는 상태.** 실행할 준비가 되었지만, **아직 CPU를 할당받지 못한 상태**
3. Running: **CPU를 할당받아 실제로 실행 중**인 상태
4. Blocked: **I/O 요청** 또는 **자원의 대기**와 같은 작업을 하며, **CPU 외부의 이벤트가 발생할 때까지 대기**하는 상태  (동기I/O일떄)
5. Terminated: **작업을 완료**하거나 **강제 종료**되어 실행이 끝난 상태

## 프로세스 간 협력 방법에 대해 설명해주세요.

프로세스는 각자 **독립적인 메모리 공간**을 가지고 있기 때문에, 프로세스 간 데이터를 공유하거나 협력하려면 **IPC(Inter-Process Communication, 프로세스 간 통신)**&#xAC00; 필요합니다.

주요방식:

* 메시지 전달: 운영체제의 커널을 통해 프로세스 간의 메세지를 전달합니다. 소켓 통신을 사용
* 공유 메모리: 두 프로세스가 특정 메모리 영역을 공유할 수 있도록 설정하는 방식. 동기화 문제 발생 가능.
* 파이프:  단방향 통신. 네임드 파이프 사용
* 소켓: 네트워크 상의 서로 다른 시스템간의 통신에서 사용 (TCP/IP 소켓)

## fork() 시스템 콜에 대해 설명해주세요.

**`fork()`를 호출하면 현재 실행 중인 프로세스를 복제**하여 **자식 프로세스**를 만듭니다.

1. 새로운 프로세스 생성: 독립적인 메모리 공간을 가집니다.
2. 메모리 복사: 메모리 공간을 그대로 복사 받습니다. (Copy on write).
