초이의 끄적끄적

경쟁상태(Race Condition)

Q. 경쟁상태(Race Condition)이란 무엇인가요?

• 프로세스가 어떤 순서로 데이터에 접근하느냐에 따라 결과값이 달라질 수 있는 상황을 말합니다.
• 둘 이상의 입력이나 조작이 동시에 일어나 의도하지 않은 결과를 가져오는 경우를 말합니다.
• 동시 접근 시 자료의 일관성을 해치는 결과가 나타날 수 있습니다.
• 경쟁 상태도 교착상태의 종류 중에 하나입니다.

교착상태(DeadLock)

Q. 데드락(교착상태)이 무엇인가요? 발생 조건에 대해 말해주세요

• 데드락은 프로세스가 자원을 얻지 못해서 다음 처리를 하지 못하는 상태를 말하며, 시스템적으로 한정된 자원을 여러 곳에서 사용하려고 할 때 발생합니다.
• 발생 조건으로는 상호 배제, 점유 대기, 비선점, 순환 대기 모두가 성립해야 합니다.
  • 상호 배제 : 자원은 한 번에 한 프로세스만 사용할 수 있음
  • 점유 대기 : 최소한 하나의 자원을 점유하고 있으면서 다른 프로세스에 할당되어 사용하고 있는 자원을 추가로 점유하기 위해 대기하는 프로세스가 존재해야 함
  • 비선점 : 다른 프로세스에 할당된 자원을 사용이 끝날 때까지 강제로 빼앗을 수 없음
  • 순환 대기 : 프로세스 집합에서 순환 형태로 자원을 대기하고 있어야 함

Q. 회피 기법인 은행원 알고리즘이 무엇인가요?

• 운영체제를 안전상태를 유지할 수 있는 요구만을 수락하고 불안전 상태를 초래할 사용자의 요구는 나중에 만족될 수 있을 때까지 계속 거절합니다.

+ 안전상태와 불안전상태

시스템은 안전상태에서 불안정 상태로 변할 수 있다.

Q. 교착상태 해결방안은 무엇이 있나요?

• 교착상태 예방, 회피, 탐지, 회복이 있습니다.
  • 예방 : 교착 상태 발생 조건 중 하나를 제거하면서 해결한다(자원 낭비 심함)
  • 회피 : 교착 상태 발생 시 피해나가는 방법
  • 탐지 : 자원 할당 그래프를 통해 교착 상태를 탐지해 그에 대한 오버헤드 발생함
  • 회복 : 교착 상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나, 할당된 자원을 해제시켜 회복시키는 방법

세마포어(Semaphore)와 뮤텍스(Mutex)

Q. 세마포어(Semaphore)와 뮤텍스(Mutex)의 공통점과 차이점은 무엇인가요?

• 둘 다 병행 처리를 위한 프로세스 동기화 기법입니다. (여러 프로세스나 쓰레드가 공유 자원에 접근하는 것을 제어하기 위한 방법)
• 세마포어는 공유 자원에 세마포어의 변수만큼의 프로세스(or 쓰레드)에 접근할 수 있습니다. 반면에 뮤텍스는 오직 1개만의 프로세스(or 쓰레드)만 접근할 수 있습니다.
• 현재 수행중인 프로세스가 아닌 다른 프로세스가 세마포어를 해제할 수 있습니다. 하지만 뮤텍스는 락(lock)을 획득한 프로세스가 반드시 그 락을 해제해야 합니다.

※ 세마포어 P(임계 구역 들어가기 전에 수행),V(임계 구역에서 나올 때 수행) 연산

※ 뮤텍스 : 접근 조율을 위해 락(lock)과 해제(unlock) 사용, 상태가 1과 0로 이진 세마포어로 부르기도 함

※ 세마포어와 뮤텍스 참고자료

Q. 임계구역(Critical Section)이란 무엇인가요?

• 각 프로세스에서 공유 데이터를 접근하는 프로그램 코드 부분으로 한 프로세스가 임계 구역을 수행할 때는 다른 프로세스가 접근하지 못하도록 해야 합니다.

Q. CPU 스케줄링이란 무엇이고 왜 필요한가?

• 프로세스가 최고의 성능을 내기 위해 자원을 어떤 프로세스에 얼마나 할당하는지 정책을 만드는 것을 CPU 스케줄링이라고 합니다. 프로세스들이 CPU를 효율적으로 사용하기 위해 필요합니다.
• 선점 스케줄링과 비선점 스케줄링이 있습니다.

Q. 선점형 스케줄링은 무엇이고 알고리즘은 무엇이 있나요?

• 프로세스가 CPU를 할당받아 실행중이더라도 운영체제가 CPU를 강제로 빼앗을 수 있는 방식으로 CPU 처리 시간이 매우 긴 프로세스가 CPU 사용 독점을 막을 수 있어 효율적인 운영이 가능합니다. 하지만 잦은 문맥 교환으로 오버헤드가 많이 발생합니다.
• 선점형 알고리즘으로는 SRT, 라운드로빈, 다단계큐, 다단계 피드백 큐 스케줄링이 존재합니다.
  1. SRT(Shortest Remaining Time) 스케줄링 : 짧은 시간 순서대로 프로세스를 수행합니다. 남은 처리 시간이 더 짧은 프로세스가 준비 큐에 들어오면 그 프로세스가 바로 선점됩니다. SJF의 선점 버전이라고 할 수 있습니다.
  2. 라운드로빈(Round-Robin, RR) 스케줄링 : 각 프로세스는 같은 크기의 CPU 시간을 할당 받고 선입선출에 의해 행된다. 할당시간이 너무 크면 선입선출과 다를 바가 없어지고, 너무 작으면 문맥교환이 잦아져 오버헤드가 증가합니다.
  3. 다단계 큐(Muti-level Queue) 스케줄링 : 우선순위에 따라 준비큐를 여러 개 사용하는 방법으로 각각의 큐는 자신의 스케줄링 알고리즘을 수행하며, 큐와 큐 사이에도 우선순위를 부여합니다.
  4. 다단계 피드백 큐 스케줄링 : 다단계 큐와 비슷하나 프로세스들이 큐를 이동할 수 있습니다.

Q. 비선점형 스케줄링은 무엇이고 알고리즘은 무엇이 있나요?

• 프로세스가 CPU를 점유하고 있다면 이를 빼앗을 수 없는 방식으로 필요한 문맥 교환만 일어나기 때문에 오버헤드가 상대적으로 적지만 프로세스의 배치에 따라 효율성 차이가 많이 납니다.
• 비선점형 알고리즘으로는 FIFO, SJF, HRN, 우선순위 스케줄링이 존재합니다.
  1. FIFO=FCFS(First Come First Served) 스케줄링 : 선입선출 방식으로, 준비 큐에 도착한 순서대로 CPU를 할당합니다. 작업 완료 시간을 예측하기는 용이하나 덜 중요한 작업이 중요한 작업을 기다리게 할 수 있습니다.
  2. SJF(Shortest Job First) 스케줄링 : 준비 큐에 있는 프로세스 중 실행시간이 가장 짧은 작업부터 CPU를 할당합니다. 평균 대기 시간을 감소시킵니다.
  3. HRN(Hightest response ratio next) 스케줄링 : SJF + Aging을 합친 알고리즘으로, 실행시간과 대기 시간을 모두 고려해 우선순위를 정합니다.
  4. 우선순위(priority) 스케줄링 : 프로세스에게 우선순위를 부여하여 우선순위가 높은 순서대로 처리합니다. SJF, HRN, SRTF도 우선순위 스케줄링 알고리즘의 일종입니다.

Q. 비선점형 SJF와 선점형 SRT 비교하시오

• 비선점 스케줄링 SJF 기법을 선점 형태로 변경한 기법이 SRT이다.
• SJF는 실행시간이 가장 짧은 프로세스
• SRT는 현재 실행중인 프로세스의 남아 있는 실행 시간과 새로운 프로세스의 실행 시간을 비교하여 짧은 것

ex) 아래와 같은 세가지 작업이 있다고 가정한다.

비선점형 SJF(Shortest Job First)의 경우

선점형 SRT(Shortest Remaining Time)의 경우

참고자료 : CPU스케줄링, [IT 기술면접 준비자료] CPU 스케줄링 기법, 선점, 비선점 스케줄링

Q. IPC(Inter Process Communication)이란 무엇인가요?

프로세스 간에 서로 데이터를 주고받는 방법을 말합니다. 프로세스는 커널이 제공하는 IPC설비를 이용하여 프로세스 간 통신을 할 수 있습니다. 대표적으로 메시지 교환과 데이터 공유 방법이 있습니다.

1. Message passing : 커널(OS)가 메모리 보호를 위해 대리 전달해주는 것을 말합니다. 따라서 안전하고 동기화 문제가 없습니다. 하지만 성능이 떨어진다는 단점을 가지고 있습니다.
2. shared memory : 두 프로세스간의 공유된 메모리를 생성 후 이용하는 것을 말합니다. 성능은 좋지만 동기화의 문제가 발생합니다.

  ※ 동기화(Synchronization)란, 두 개의 프로세스 A,B가 shared memory를 이용해 데이터를 주고받을 때 A가 쓰면 B가 읽어가야 하는데 A가 쓰고 난 뒤인지 전인지 알 수 있는 방법이 없다. 그래서 A가 다 썼다고 알려줘야 B가 읽어갈 수 있다. 이와 같이 프로세스 또는 스레드들이 수행되는 시점을 조절하는 것이 동기화이다.

Q. PCB(Process Control Block)란 무엇이고 왜 필요한가요?

• 운영체제가 프로세스를 제어하기 위해 이전 작업에 대한 정보를 저장해 놓은 곳으로, 프로세스 메타데이터(상태 정보)들을 저장하는 구조체입니다. 이것은 프로세스 상태관리와 문맥교환(Context Switching)을 위해 필요합니다.

+ PCB에 저장되는 정보는?

PID(프로세스 고유번호), 상태(준비, 대기, 실행...), 포인터, 우선순위, 레지스터 관련 정보 등등

+ Context Switching란?

CPU가 이전의 프로세스 상태를 PCB에 보관하고, 또 다른 프로세스의 정보를 PCB에서 읽어 레지스터에 적재하는 과정을 말합니다.

ex) 인터럽트 발생, 실행 중인 cpu 사용 허가시간 모두 소모, 입출력을 위해 대기하는 경우 등

Q. 시스템 콜이란 무엇인가요?

• 시스템 콜이란 운영체제의 커널이 제공하는 서비스에 대해, 응용 프로그램의 요청에 따라 커널에 접근하기 위한 인터페이스입니다.
• 시스템 콜의 유형으로는 프로세스 제어, 파일 조작, 장치 조작, 정보 유지보수, 통신과 보호로 나눌 수 있다.

ex) 프로세스 제어를 위한 system call

• fork() : 자식 프로세스 생성
• exec() : 자신을 수행 가능한 다른 프로세스로 대치 수행
• wait() : 프로세스 종료시까지 대기
• + pipe, signal, exit, open, create, close, read, write ...