프로세스 제어 블록은 운영체제가 프로세스마다 하나씩 들고 있는 신상 카드다. 이름표(번호), 멈춘 순간의 레지스터 값, 지금 상태와 우선순위, 가진 자원이 적혀 있다. 운영체제는 이 카드만 보고 프로세스를 줄 세우고, 멈추고, 다시 시작한다. 카드가 망가지면 그 프로세스를 관리할 수 없으므로, 카드는 운영체제만 고칠 수 있는 곳에 보호해 둔다.
예시로 보기
운영체제는 자기가 관리하는 것마다 표를 만든다. 무엇을 누구에게 줬는지 적어야 하기 때문이다. 표는 네 종류다.
| 표 | 적는 것 |
|---|---|
| 메모리 표 | 주기억장치와 2차 기억장치를 어느 프로세스에 줬는지, 공유 메모리의 보호 속성, 가상 메모리 관리 정보 |
| 입출력 표 | 장치가 비었는지 누구에게 배정됐는지, 입출력 진행 상태, 입출력 데이터를 둘 주기억장치 위치 |
| 파일 표 | 파일이 있는지, 2차 기억장치 어디에 있는지, 현재 상태와 속성 |
| 프로세스 표 | 프로세스마다 한 칸. 각 칸이 프로세스 이미지를 가리킨다 |
네 표는 서로 이어져 있다. 예를 들어 프로세스 표의 한 칸은 그 프로세스가 쓰는 메모리와 파일을 메모리 표·파일 표에서 찾아갈 수 있게 한다1.
정확히 말하면
프로세스 이미지. 프로세스 하나를 이루는 것 전체다. 프로그램, 데이터, 스택, 그리고 속성이다. 속성 모음을 프로세스 제어 블록(PCB)이라고 부른다.
주 프로세스 표 프로세스 이미지 (프로세스마다 하나)
+-------------+ +------------------+
| 프로세스 1 | -----> | PCB (속성) |
+-------------+ | 스택 |
| 프로세스 2 | --+ | 데이터 |
+-------------+ | | 프로그램 |
| ... | | +------------------+
+-------------+ | +------------------+
| 프로세스 n | +--> | PCB (속성) |
+-------------+ | 스택 |
| 데이터 |
| 프로그램 |
+------------------+
프로세스 표의 한 칸은 이미지 하나를 가리킨다. 이미지 안에서 PCB는 운영체제가 읽고 고치는 부분이다. 나머지 세 칸은 프로세스가 실행하며 쓰는 부분이다2.
PCB의 정보는 세 무리다.
| 무리 | 내용 |
|---|---|
| 프로세스 식별 정보 | 고유한 번호(프로세스 ID). 주 프로세스 표의 칸 번호일 수 있다. 그 프로세스에 책임이 있는 사용자의 ID |
| 프로세서 상태 정보 | 레지스터 내용. 사용자 가시 레지스터, 제어·상태 레지스터, 스택 포인터, 그리고 PSW. 예: 펜티엄의 PSW는 EFLAGS 레지스터다 |
| 프로세스 제어 정보 | 운영체제가 여러 프로세스를 조율하는 데 쓰는 정보. 스케줄링과 상태 정보(상태, 우선순위), 자료 구조 연결(부모·자식 관계, 대기·준비 큐에서의 위치), 프로세스 간 통신, 특권, 메모리 관리, 자원 소유와 사용량 |
“대기·준비 큐”는 실제로 PCB를 포인터로 이은 연결 리스트로 만든다. 프로세스를 다른 큐로 옮긴다는 것은 PCB의 연결을 바꾸는 것이다1.
준비 큐: [헤드] → PCB(7) → PCB(3) → PCB(12) → NULL
디스크 대기 큐: [헤드] → PCB(5) → NULL
두 번 나오는 레지스터 값. 프로세스가 실행 중일 때는 레지스터 값이 프로세서 안에 있다. 실행을 멈출 때 그 값을 PCB의 프로세서 상태 정보에 저장한다. 다시 실행할 때 PCB에서 꺼내 프로세서에 되돌린다. 인터럽트 때 스택에 저장하던 것을, 프로세스 단위로 길게 보관하는 셈이다1.
활용
- 리눅스는 PCB를
task_struct라는 구조체로 둔다. 상태, 스케줄링 정보, 식별자, 프로세스 간 통신 정보 등이 들어 있다. - PCB는 운영체제에서 가장 중요한 자료 구조다. 거의 모든 운영체제 모듈(스케줄러, 메모리 관리, 입출력)이 읽고 고친다. 그래서 PCB를 보호하는 것이 운영체제 설계의 중요한 문제다1.
연결
- 선수: 프로세스 상태, 프로세서 레지스터
- PCB를 쓰는 일: 프로세스 생성과 전환
- 2장 그림 2.8의 “실행 문맥”이 PCB의 프로세서 상태 정보와 제어 정보다: 프로세스
확인 문제
C1 PCB 정보의 세 무리를 쓰고, 각각의 예를 하나씩 들라.
답: 프로세스 식별 정보(프로세스 ID, 사용자 ID), 프로세서 상태 정보(PC, PSW, 스택 포인터), 프로세스 제어 정보(상태, 우선순위, 부모·자식 관계, 가진 자원).
C2 다음 정보는 PCB의 세 무리 중 어디에 들어가는가? ① 프로세스가 연 파일 목록 ② 마지막으로 멈췄을 때의 PC 값 ③ 이 프로세스의 부모 프로세스 ④ 프로세스 번호 1234
답: ① 프로세스 제어 정보(자원 소유). ② 프로세서 상태 정보. ③ 프로세스 제어 정보(자료 구조 연결). ④ 프로세스 식별 정보.
C3 실행 중인 프로세스의 PC 값은 PCB에 늘 최신으로 적혀 있는가? 그렇지 않다면 언제 PCB에 들어가는가?
답: 아니다. 실행 중에는 PC 값이 프로세서 안 레지스터에 있고, 명령어마다 바뀐다. 매번 PCB에 쓰면 너무 느리다. 프로세스가 실행을 멈추는 순간(인터럽트, 시스템 호출 뒤 전환) 저장된다.