Context Switching

Context Switching 이란 ?

• 매번 하나의 Task만 처리할 수 있다면 다음 Task를 기다릴 수 밖에 없기 때문에 반응 속도가 매우 느리고 사용하기 불편한다.

• Task의 대부분 정보는 Register에 저장되고 PCB(Process Control Block)로 관리되고 있다.

• 현재 실행하고 있는 Task의 PCB 정보를 저장하게 된다. (Process Stack, Ready Queue)

• 다음 실행할 Task의 PCB 정보를 읽어 Register에 적재하고 CPU가 이전에 진행했던 과정을 연속적으로 수행을 할 수 있습니다.

• 컨텍스트 스위칭은 같은 종류의 작업 단위 내에서 발생하는 것으로, 프로세스 간 또는 스레드 간에서 일어납니다.

PCB(Process Control Block)

• 포인터
프로세스의 현재 위치를 저장하는 포인터 정보.

• 프로세스 상태
프로세스의 각 상태 (생성(New), 준비(Ready), 실행(Running), 대기(Waiting), 종료(Terminated))를 저장.

• 프로세스 번호
모든 프로세스에는 프로세스 식별자를 저장하는 프로세스 ID 또는 PID라는 고유 한 ID가 할당된다.

• 프로그램 카운터
프로세스를 위해 실행될 다음 명령어의 주소를 포함하는 카운터를 저장.

• 레지스터
누산기, 베이스, 레지스터 및 범용 레지스터를 포함하는 CPU 레지스터에 있는 정보.

• 메모리 제한
이 필드에는 운영 체제에서 사용하는 메모리 관리 시스템에 대한 정보가 포함된다. 여기에는 페이지 테이블, 세그먼트 테이블 등이 포함될 수 있다.

• 열린 파일 목록
이 정보에는 프로세스를 위해 열린 파일 목록 이 포함된다.

 

컨텍스트 스위칭의 차이점

1. 프로세스 간 컨텍스트 스위칭
• 프로세스 간 컨텍스트 스위칭은 보통 더 많은 비용(시간 및 자원)이 소요됩니다. 이는 각 프로세스가 독립된 메모리 주소 공간을 가지고 있기 때문에, 스위칭 시 많은 메모리 정보를 저장하고 복원해야 하기 때문입니다.
• CPU 레지스터 뿐만 아니라 가상 메모리 상태, 메모리 맵 등을 저장하고 복원하는 과정이 포함됩니다.

2. 스레드 간 컨텍스트 스위칭
• 스레드 간 컨텍스트 스위칭은 프로세스 간 스위칭보다 상대적으로 비용이 적게 듭니다. 이는 스레드들이 메모리를 공유하기 때문에 메모리 상태 정보를 별도로 저장하고 복원할 필요가 없기 때문입니다.
• 주로 CPU 레지스터와 프로그램 카운터만 갱신하면 됩니다.
 
 

컨텍스트 스위칭 과정

1. 현재 스레드의 컨텍스트 저장: 현재 실행 중인 스레드의 상태, 예를 들어 CPU 레지스터, 프로그램 카운터, 스택 포인터 등을 저장합니다.

2. 현재 프로세스의 컨텍스트 저장: 현재 스레드와 함께, 현재 프로세스의 전체 상태도 저장합니다. 이에는 메모리 관리 정보(예: 페이지 테이블), 열린 파일 목록, 보안 및 권한 설정 등이 포함될 수 있습니다.

3. 새로운 프로세스의 컨텍스트 복원: 다음에 실행할 프로세스의 컨텍스트를 CPU와 시스템 메모리로 불러옵니다. 이 과정에서 메모리 관리 정보, 필요한 시스템 자원의 연결 등이 처리됩니다.

4. 새로운 스레드의 컨텍스트 복원: 새로운 프로세스의 특정 스레드의 컨텍스트를 복원하여, 스레드가 중단되었던 지점부터 작업을 재개할 수 있도록 합니다.

• CPU 레지스터의 상태

• 프로그램 카운터

• 스택 포인터