Context Switching이에 대해서 설명해주세요.
Context Switching이란 무엇인가요?
CPU가 실행하고자 하는 프로세스를 바꾸며 메모리에 이전의 프로세스의 상태를 저장하고, 새로운 프로세스의 상태를 적재하는 작업을 말합니다.
더 자세히 설명하면, 멀티 프로세서 환경에서 CPU가 어떤 프로세스를 실행하고 있는 상태에서 인터럽트 요청에 의해 다음 우선 순위의 프로세스가 실행되어야 할 때, PCB에 이전의 프로세스의 상태 또는 레지스터 값(Context)을 저장하고, 새로운 프로세스의 상태를 적재하는 작업입니다.
Context Switching이 필요한 이유는 무엇인가요?
Computer가 매번 하나의 Task만 처리할 수 있다면 해당 Task가 끝날때까지 다음 Task는 기다릴 수 밖에 없습니다.
Context Switching을 통해 빠른 속도로 Task를 바꿔 가며 실행한다면 실시간으로 동시 작업이 이루어지는 듯한 효과를 낼 수 있습니다.
Context Switching은 언제 발생하나요?
Context Switch가 발생하는 경우는 멀티태스킹, 인터럽트 핸들링, 사용자 모드와 커널 모드 간의 전환까지, 크게 3가지가 존재합니다.
멀티태스킹(Multitasking)
실행 가능한 프로세스들이 운영체제의 스케줄러에 의해 조금씩 번갈아가며 수행되는 것을 말합니다.
번갈아 가며 프로세스가 CPU를 할당 받는데 이때 Context Switching이 이루어집니다.
인터럽트 핸들링(Interrupt handling)
인터럽트란 컴퓨터 시스템에서 예외 상황이 발생했을때 CPU에게 알려 처리할 수 있도록 하는 것을 말합니다.
인터럽트가 발생하면 Context Switching이 발생합니다.
인터럽트 종류
I/O request : 입출력 요청
time slice expired : CPU 사용시간이 만료
fork a child : 자식 프로세스 생성
wait for an interrupt : 인터럽트 처리 대기
사용자와 커널 모드 전환(User and kernel mode switching)
사용자와 커널 모드 전환은 Context Switch가 필수는 아니지만 운영체제에 따라 발생할 수 있습니다.
Context Switching의 과정은 어떻게 이루어지나요?
요청 발생: 인터럽트 또는 트랩에 의한 요청이 발생.(트랩은 소프트웨어 인터럽트)
PCB에 저장: 운영체제는 현재 실행중인 프로세스(P0)의 정보를 PCB에 저장.
CPU 할당: 운영체제는 다음 프로세스(P1)의 정보를 PCB에서 가져와 CPU를 할당.
위 과정을 반복적으로 수행한다. Context Switching하는 동안 CPU는 아무일도 하지않는 시간이 발생하는데 이를 오버헤드(Overhead)라 하고 오버헤드가 잦아지면 성능이 떨어질 수 있습니다.
다시 말해, Context Switching이 잦아지면 CPU가 일을 멈추는 오버헤드가 증가하여 성능이 떨어질 수 있습니다.
장점
한 프로세스가 CPU를 독점하지 않고 여러 프로세스가 적절하게 CPU를 사용할 수 있습니다.
단점
Context Switching이 진행되는 동안 CPU는 아무일도 하지 않는 시간이 발생하는데 이를 오버헤드(Overhead)라 하고 이 오버헤드가 잦아지면 성능이 떨어질 수 있습니다.
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