[운영체제] 프로세스 종료와 통신

1. 프로세스 종료 (Process Termination)

🔹 종료 시점

• 프로세스는 마지막 명령어 실행 후 종료됨
• 종료 시 exit() 시스템 호출을 통해 운영체제에 종료 요청

🔹 종료 방법

• 명시적 종료: 코드에서 exit() 호출
• 암묵적 종료: 컴파일러가 자동으로 프로그램 끝에 exit() 삽입

🔹 운영체제의 역할

• 할당된 자원 회수 (메모리, 파일 등)
• PCB 제거
• 부모 프로세스가 wait 중이면, 자식 종료 상태를 전달하고 준비 상태로 전환

🔹 종료 관련 시스템 호출

방식	설명
exit()	자신을 정상적으로 종료
abort()	부모가 자식을 비정상적으로 종료, abort() 함수는 자기 자신을 종료시키는 함수
kill()	사용자가 임의로 종료 (시그널 전송)

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2. 프로세스 간 통신 (IPC: InterProcess Communication)

🔹 필요성

• 상호 독립 프로세스: 서로 영향을 주지 않음
• 상호 협조 프로세스: 통신과 동기화가 필요
  • 병행 처리, 자원 공유 등에 사용

🔹 IPC 메커니즘

방식	설명
공유 메모리 (Shared Memory)	버퍼 등 공유 공간을 사용하여 데이터를 주고받음
메시지 전달 (Message Passing)	명시적으로 메시지를 send, receive 하여 전달

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3. 공유 메모리(Shared Memory)와 메시지 전달 (Message Passing)

상호 협조 프로세스에서 여러 프로세스가 정보를 어떻게 공유할까? 

 

1) 공유 메모리(Shared Memory)

🔹 생산자-소비자 문제(Producer-Consumer Problem) 

• 생산자 프로세스는 정보를 생산하고, 소비자 프로세스는 정보를 소비
• 예를 들어, 인쇄 프로그램은 문자들을 생산하고 프린터 구동기에 의해 소비됨.
• 생산자가 만든 정보를 저장하고 소비자가 소비할 수 있는 버퍼 저장소가 필요.
•  버퍼 저장소가 공유 메모리

2) 메시지 전달 (Message Passing)

• 프로세스들이 메시지를 송수신하여 서로 통신
• 직접 통신, 간접 통신 2가지 방식이 있음

🔹 기본 연산

• send(message)
• receive(message)

🔹 통신 링크 필요

• 두 프로세스 사이에 통신 링크 설정 후 메시지 송수신

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4. 직접 통신 vs 간접 통신

네트워크에서의 통신이 아닌, 하나의 컴퓨터 내에서 P1과 P2 프로세스간의 통신임

항목	직접 통신	간접 통신
식별 방식	상대 프로세스 ID 명시	메일박스(또는 포트) 공유
링크 수	프로세스 쌍당 1개 링크	여러 프로세스와 공유 가능
예시(시스템 호출)	send(P, msg) - 프로세스 P에게 메시지 msg를 송신 receive(Q, buf) - 프로세스 Q로부터 메시지를 buf로 수신	send(id, msg) - mailbox 에게 메시지 msg를 송신 receive(id, buf) - mailbox 로부터 메시지를 buf로 수신
연결성	강한 결합	느슨한 결합
OS 역할	PID 기반 통신 관리	메일박스 생성/제거 지원

 

1) 직접 통신

 

• P1이 send(P2, msg)를 보내면 운영체제가 시스템 호출을 통해 운영체제에 보낸 사람(P1) 와 메시지(msg)를 복사해서서 PCB2에 연결함.
• 이후, P2가 recieve(P1, buf) 을 보내면 PCB2에 연결된 P1가 보낸 msg를 찾아서 buf에 저장한 후, 운영체제에서 P1 msg를 삭제함.   

2) 간접 통신

 

• 직접 프로세스 PID로 msg를 전송하는 것이 아니라, 운영체제의 mailbox 를 공유 메모리로서 msg를 전송 및 저장함.
• 하나의 mailbox는 여러 개의 프로세스가 링크로 연결되어 있음.
  
  
• id = create_mailbox("name") 과 같이 mailbox의 name을 선언하면서 mailbox를 만듬.
• 성공 시에 OS에 만들어진 mailbox의 id를 반환함.(mailbox를 만드는 함수 이름이 create_mailbox()가 아닐 수도 있음. 이는 운영체제에 따라 다름).
  
  
• 이 id로 send(id, msg)를 통해 msg를 OS mailbox에 연결함.
• 이 msg는 선입선출(FIFO)로 먼저 들어간 것이 먼저 반환됨.
• P2에서 id = create_mailbox("name")을 호출함.
• 해당 name의 mailbox가 없으면 새로 만들지만, 있을 경우, 해당 mailbox의 id를 반환함.
• 이 id로 receive(id, buf)를 통해 가장 먼저 들어간 msg를 buf에 저장함.
• 이 후, buf에 저장된 msg는 삭제되고, 나머지 msg들이 당겨서 mailbox와 연결됨.
• receive시에 특정 타입의 메시지 타입을 지정시에 중간의 msg를 buf에 저장하는 것도 가능함. 

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5. 동기화 방식

• 위와 같이 메시지를 전송(send)을 했는데 수신(receive)를 바로 하지 않을 수도 있음.
• 이를 기다리느냐 아니냐에 따라 지연 방식, 비지연 방식으로 나뉩.

방식	설명
동기적 (blocking) - 지연 방식	보내는 쪽/받는 쪽이 서로 기다림 - 수신자는 메시지가 수신될 때까지 지연 - 수신자는 메시지가 있을 때까지 지연
비동기적 (non-blocking) - 비지연 방식	메시지 전송 후 기다리지 않음 - 송신자는 메시지를 보내고 계속 일을 수행 - 수신자는 메시지를 받거나 바로 null을 반환

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6. 버퍼링 (Buffering)

• 메시지를 임시로 저장하는 큐의 용량에 따라 다름
• 즉, 링크에 부착된 메시지 큐의 크기가 제한됨.

종류	설명
무용량 (0)	메시지 저장 공간 없음. 수신자가 먼저 대기해야 함 (rendezvous)
한계용량 (n)	최대 n개까지 저장. 가득 차면 송신자는 대기
무한용량	무한정 저장 가능. 송신자는 대기 안 함