[리눅스시스템🐧] 13장 프로세스 원리

교재 : 리눅스 시스템 원리와 실제 (창병모, 생능출판)

13.1 프로세스 이미지

1) 프로세스

- 실행 중인 프로그램

- 프로그램 실행을 위해서는 프로그램 코드, 데이터, 스택, 힙, U-영역 등이 필요하다.

- 프로세스 이미지(구조)는 메모리 내의 프로세스 레이아웃

- 프로그램 자체가 프로세스는 아니다.

 

2) 프로세스 이미지

- 프로세스 구조

(1) 텍스트(코드) : 프로세스가 실행되는 실행 코드를 저장하는 영역

(2) 데이터 : 프로그램 내에 선언된 전역 변수(global variable) 및 정적 변수(static variable) 등을 위한 영역

(3) 힙 : 동적 메모리 할당을 위한 영역

(4) 스택 : 함수 호출을 구현하기 위한 실행시간 스택(runtime stack)을 위한 영역

(5) U-영역 : 열린 파일의 파일 디스크립터, 현재 작업 디렉터리 등과 같은 프로세스의 내부 정보 

 

3) size 명령어 

$ size [실행파일]

: 실행파일의 각 영역의 크기를 알려준다. 실행파일을 지정하지 않으면 a.out를 대상으로 한다.

 

13.2 프로세스 ID

1) 쉘의 명령어 처리과정

$ 명령어 &
[1] 프로세스번호

2) 프로세스 ID

- 각 프로세스는 프로세스를 구별하는 번호인 프로세스 ID를 갖는다.

#include <unistd.h>

int getpid(); // 프로세스의 id를 반환한다
int getppid(); // 부모 프로세스의 id를 반환한다

 

13.3 프로세스 생성

1) 프로세스 생성

- fork() 시스템 호출

• 부모 프로세스를 똑같이 복제하여 새로운 자식 프로세스 생성
• 자기복제(自己複製)

#include <unistd.h>

pid_t fork(void); 

/*
새로운 자식 프로세스를 생성한다.
자식 프로세스에게는 0을 반환한다.
부모 프로세스에게는 자식 프로세스 ID를 반환한다.
*/

- fork()는 한 번 호출되면 두 번 리턴한다.

- 부모 프로세스와 자식 프로세스는 병행적으로 각각 실행을 계속한다.

 

2) 부모-자식 프로세스

:  fork() 호출 후에 리턴 값이 다르므로 이 리턴값을 이용하여 부모 프로세스와 자식 프로세스를 구별하고 서로 다른 일을 할수 있도록 할 수 있다.

...

pid = fork();
if (pid == 0) {
    // 자식 프로세스의 실행 코드
}
else {
    // 부모 프로세스의 실행 코드
}
...

 

3) 프로세스 기다리기 : wait()

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);

/*
자식 프로세스중 하나가 종료할 때까지 기다린다.
자식 프로세스가종료되면 종료코드가 *status에 저장된다.
종료한 자식 프로세스의 ID를 반환한다.
*/

 

13.4 프로그램 실행

1) 프로그램 실행

- fork() 후 : 자식 프로세스는 부모 프로세스와 똑같은 코드 실행

- 자식 프로세스에게 새로운 프로그램을 실행시키기 : exec() 시스템 호출 사용

• 프로세스 내의 프로그램을 새 프로그램으로 대치
• 보통 fork() 후 exec()

2) exec()

- 프로세스가 exec() 호출을 하면 그 프로세스 내의 프로그램은 완전히 새로운 프로그램으로 대치

- 자기대치(自己代置)

- 새 프로그램의 main()부터 실행이 시작된다.

- exec() 호출이 성공하면 리턴할 곳이 없어진다.

- 성공한 exec() 호출은 절대 리턴하지 않는다.

#include <unistd.h>

// path : 절대 경로
int execl(char* path, char* arg0, char* arg1, ... , char *argn, NULL);
int execv(char* path, char* argv[]);

// file : 파일 이름
int execlp(char *file, char* arg0, char* arg1, ... , char *argn, NULL);
int execvp(char *file, char* argv[]);

/*
호출한 프로세스의 코드, 데이터, 힙, 스택 등을 path(혹은 file)가 나타내는 새로운 프로그램으로 대치 후 새로운 프로그램을 실행한다.

성공한 exec() 호출은 반환하지 않으며, 실패하면 -1을 반환한다.
*/

 

3) 쉘의 명령어 처리 원리

- 보통 fork() 호출 후 exec() 호출 : 새로 실행할 프로그램에 대한 정보를 arguments로 전달한다.

- exec() 호출이 성공하면

• 자식 프로세스는 새로운 프로그램을 실행
• 부모 프로세스는 다음 코드를 실행하게 된다.

ex) 자식 프로세스를 생성하여 echo 명령어를 수행한다.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main()
{
    int pid, child, status;
    
    printf("부모 프로세스 시작\n");
    pid = fork();
    if (pid == 0) {
    	execl("/bin/echo", "echo", "hello", NULL);
        fprintf(stderr, "첫 번째 실패");
        exit(1);
    }
    else {
    	child = wait(&status)
        printf("자식 프로세스 %d 끝\n",child);
        printf("부모 프로세스 끝\n");
    }
    return 0;
}

실행 결과

 

4) 프로그램 실행 시작

- exec 시스템 호출 : C 시작 루틴에 명령줄 인수와 환경 변수를 전달하고 프로그램을 실행시킨다.

- C 시작 루틴(start-up routine) 

• main 함수를 호출하면서 명령줄 인수, 환경 변수를 전달
• 실행이 끝나면 반환값을 받아 exit

exit(main(argc, argv));

 

 

5) 명령줄 인수/환경 변수

int main(int argc, char *argv[]);

• argc : 명령줄 인수의 수
• argv[] : 명령줄 인수 리스트를 나타내는 포인터 배열

 

13.5 시스템 부팅

- 시스템 부팅은 fork/exec 시스템 호출을 통해 이루어진다.

• swapper(스케줄러 프로세스) : 커널 내부에서 만들어진 프로세스, 프로세스 스케줄링을 한다.
• init(초기화 프로세스)
  • 실제로는 systemd에 대한 링크
  • /lib/sysetemd/system 파일에 기술된 대로 시스템을 초기화
• 서비스 데몬 프로세스 : 서비스들을 위한 데몬 프로세스들이 생성된다. (ex.ftpd)
• getty 프로세스 : 로그인 프롬프트를 내고 키보드 입력을 감지함.
• login 프로세스 : 사용자의 로그인 아이디 및 패스워드 검사
• shell 프로세스 : 시작 파일을 실행 후에 사용자로부터 명령어를 기다린다.

- 프로세스 트리 출력 : 실행 중인 프로세스들의 부모, 자식 관계를 트리 형태로 출력한다.

$ pstree