Interview_Process/ Thread

✅ 프로그램에 대해 설명해주세요.

• 특정 작업을 수행하는 명령어
• 디스크에 저장되어 있다가 실행되면 메모리에 실행파일이 적재

✅ 프로세스에 대해 설명해주세요.

• 디스크에 있던 프로그램이 메모리에 적재되어 CPU를 사용하려고 하는 상태
• OS로부터 자원을 할당받는 작원 단위
• 독립적인 개체

✅ What is CPU dispatch?

• ready상태에 있던 프로세스가 CPU를 얻는 것
• CPU scheduler이 다음번에 실행될 프로세스를 결정하면 CPU dispatcher이 프로세스에게 CPU 제어권을 준다.

✅ 프로그램이 실행되면 그 일련의 과정을 설명해주세요

• 디스크에 저장되어 있던 프로그램 실행
• 메모리에 실행 파일 적재
• 그 프로그램 만의 address space가 만들어진다.
• 프로그램이 프로세스가 되고
• CPU를 기다리는 ready queue에서 기다리기

✅ 프로세스 문맥context에 대해 설명해주세요.

• all the information OS needs to manage, execute process

• 프로세스가 현재 어떤 상태에 있는지
  

• ❓ context이 필요한 이유
• time sharing을 기반으로 하는 시스템에서 Context Switching이 이루어져야 하는데

• 이 때 context에다가 프로세스의 상태를 저장, 나중에 또 이어서 실행
  

• ✔️ CPU수행 상태 PC program counter, registers
• ✔️ kernel context
• ✔️ PCB

✅ 프로세스의 메모리 공간에 대해 설명해주세요.

• 프로세스 address space
• memory that is allocated process by OS
• ✔️ code: CPU 기계어 ➡️ compile time
• ✔️ data: global변수, static변수 저장 ➡️ compile time
• ✔️ stack: local변수, parameter ➡️ runtime

✅ 프로세스 context 🆚 프로세스 address space

• 프로세스 context: process state, info of process that OS needs to manage process
• 프로세스 address space: memory allocated to process

✅ 프로세스 제어블록(PCB)에 대해 설명해주세요.

process control block

• OS가 관리상 사용하는 정보: PID, scheduling information, priority
• PC, registers 같은 context
• OS kernel의 data PCB, PC, register: CPU를 빼앗기 전 어디까지 실행했는지 저장
• 메모리 관련
• 파일 관련

✅ 문맥교환(context switch)에 대해 설명해주세요.

• context switch: 한 프로세스에서 다른 프로세스로 CPU제어권 넘겨주기
  

• 1. 프로세스A 실행 중
• 1. 프로세스A가 I/O가 필요하여 system call 또는 인터럽트
• 1. 프로세스A의 context를 PCB에 저장
• 1. 프로세스A의 상태를 ready, blocked
• 1. CPU scheduling을 통해 다음 프로세스 선정
• 1. 다음 프로세스인 프로세스B의 context를 PCB에서 꺼내옴
• 1. 프로세스B에게 CPU제어권 넘겨주기

✅ 문맥교환(context switch)이 일어났을 때 운영체제의 역할

1. 현재 실행중인 프로세스 context를 PCB에 저장
   
2. 다음 실행할 프로세스의 context를 PCB에서 꺼내옴
   

✅ Context Switching의 단점

• 오버헤드가 커진다.
• Context Switching를 위해서는 OS kernel data부분의 PCB에 프로세스의 context를 저장하고
• 새로운 프로세스의 context를 PCB로부터 불러와야 한다.
• 이 과정이 너무 많이 반복되어도 비효율적

✅ Compare Context switching and Mode switch

공통점: 모두 context를 PCB에 저장한다.

차이점:

• Context switching: CPU에서 실행되는 프로세스가 다른 프로세스로 바뀌는 것
• Mode switch: user mode에서 kernel mode로 또는 그 반대로 바뀌는 것.
• 프로세스에서 system call을 통해 또는 interrupt를 통해 이루어지게 된다.
• 반드시 CPU에서 실행되는 프로세스가 다른 프로세스로 바뀌는 것은 아니다.
• Mode switch는 Context switching에 비해 오버헤드가 적다

✅ 프로세스 수행 상태 변화 과정에 대해 설명해주세요.

• 프로세스 생성: new
• 메모리 할당받고 admitted, CPU를 기다리면: ready
• CPU할당: running
• I/O작업같이 CPU있어도 소용 없는 상태: blocked/wait/sleep
• 다시 CPU를 기다리면: ready
• 메모리가 다 차서 SWAP영역으로 쫒겨나면: suspended
• 사용자가 프로세스를 일시정지함: suspended
• 프로세스 종료: terminated

프로세스 상태 blocked 🆚 suspended

• 공통점: CPU 없음
• blocked: 자신이 요청한 작업이 완료되면 ready로 변함, CPU는 없지만, I/O같은 작업을 하고 있음
• suspended: 메모리에서 프로세스가 쫒겨남, 외부에서 다시 resume해줘야 active

✅ 프로그램A가 running하다가 system call로 운영체제를 호출하면?

• 프로그램A 상태는 running 또는 wait/blocked로 볼 수 있음
• 프로그램A는 I/O작업을 하고 있으므로 running이지만,
• CPU는 없기 때문에 wait/blocked
• I/O작업이 끝나면 다시 ready가 될 것이다.

✅ 프로그램A가 running하다가 인터럽트가 들어오면?

• 프로그램A 상태는 ready
• 예를 들어 timer인터럽트가 들어오면, CPU를 빼앗기고 다시 ready

✅ What is degree of Multiprogramming?

• 메모리는 한정되어 있으므로 일정한 양의 프로그램만 올라갈 수 있다는 것.
• 장기 스케쥴러, 단기 스케쥴러에서 구현,
• 너무 많은 양의 프로그램이 올라가게 되면 단기 스케쥴러는 SWAP영역으로 프로세스를 메모리에서 쫒아내버리고
• 장기 스케쥴러는 바로 프로세스를 메모리에 올리지 않고, 어떤 것을 ready queue로 보낼지 결정

✅ 멀티 프로세스에 대해서 설명해주세요.

• 하나의 프로그램 안에서 여러개의 프로세스를 실행하는 기술
• 하나의 부모 프로세스가 자식 프로세스 생성
• 프로세스 끼리는 서로 독립적인 메모리를 가진다.
• 예를 들어 프로그램: 크롬을 실행하고 프로세스: 여러개의 크롬 창을 띄운다.

✅ fork() 명령어에 대해 설명해주세요.

• 부모 프로세스가 자식 프로세스를 복제해서생성
• OS에게 fork system call

• 트리 계층 구조
• 각 프로세스는 서로 다른 메모리를 가지고 있고
• 자식 프로세스는 부모 프로세스를 복제했기 때문에 fork한 시점부터 이어서 실행

✅ 왜 프로세스를 복제해서 생성할까?

• 매번 생성하면 그 프로세스의 자원을 다 생성해줘야 하는데
• 복제해서 사용하면 부모의 address space를 복사해서 물려받으므로 간단
• 그래서 부모랑 code, data, stack 다 똑같음

✅ 부모 프로세스와 자식 프로세스를 어떻게 구별하나?

• fork후 return값이 다르다.
• 부모: 자식의 PID, 양수
• 자식: 0

✅ exec() 명령어에 대해 설명해주세요.

• 부모와 다른 프로그램을 돌리고 싶으면 자식에게 exec system call
• address space에 새로운 address space 덮어 씌우기

✅ wait() 명령어에 대해 설명해주세요.

• 부모 프로세스가 자식 프로세스 수행을 기다린다.
• 부모 프로세스 block
• 원래 프로세스끼리는 경쟁사이지만, 부모 자식 사이에는 기다리기 가능

✅ exit() 명령어에 대해 설명해주세요.

• 프로세스가 수행을 마치고 자발적으로 terminate
• 자식부터 종료되어야 한다.
• 각종 자원 OS에게 반납

✅ abort() 명령어에 대해 설명해주세요.

• 부모가 자식을 강제종료
• 언제?
  • 자식이 할당 자원 한계치를 넘어서거나
  • 자식이 더 이상 필요없거나
  • 부모가 exit()하는 경우: 자동으로 자식도 다 종료, 트리 계층 구조

✅ 프로세스끼리 협력하는 방법에 대해서 설명해주세요.

• IPC: Inter Process Communication

• message passing
  • direct communication
  • indirect communication
• shared memory

✅ 공유 메모리 방식의 장점, 단점?

• 👍🏻 프로세스 협력을 통해 처리 속도 향상, 정보 공유 가능
• 👎🏻 동기화 문제, 일관성 문제

📌 Thread

✅ 쓰레드에 대해 설명해주세요.

• CPU의 최소 실행 단위로,
• 하나의 프로세스 안에서 CPU 실행 단위

• 프로세스의 code, data, heap은 공유하고 stack은 각자 가진다는 특징

• 👍🏻 빠른 통신, 빠른 쓰레드 간 context switching, 빠른 생성
• 👍🏻 프로세스의 context switching을 줄여 overhead감소

✅ 쓰레드의 메모리 공간에 대해 설명해주세요.

• 프로세스의 heap, data, code를 공유
• 👍🏻 빠른 쓰레드 간 context switching, overhead적음

✅ 쓰레드 제어블록(TCB)에 대해 설명해주세요.

• 각 쓰레드마다 OS가 context정보를 담고 있는 자료 구조
• 프로세스가 공유하지 않고 각자 가지는 stack부분
• PC, registers, priority, thread ID, scheduling info

✅ 사용자 수준 쓰레드와 커널 수준 쓰레드의 차이를 설명해 보세요.

• kernel-level thread 🆚 user-level thread
• kernel-level thread: 커널이 쓰레드의 존재를 알고 커널이 쓰레드 관리
  • sheduling 단위: 쓰레드
• user-level thread: 커널은 쓰레드의 존재를 모름, 사용자가 thread libary사용해서 멀티쓰레딩 프로그램 작성
  • sheduling 단위: 프로세스

✅ kernel-level thread 장점, 단점?

• 장점: 쓰레드 단위로 scheduling가능, 여러 쓰레드를 동시에 처리 가능
• 단점: 쓰레드 간 context switching

✅ user-level thread 장점, 단점?

• 장점: 커널의 개입이 필요 없음
• 단점: 하나의 쓰레드가 block되면 전체 프로세스가 block

✅ 멀티 쓰레딩 프로그래밍 대해서 설명해주세요.

• 한 개의 프로세스 작업을 여러 개의 쓰레드가 프로세스의 자원을 공유하며 작동

✅ 멀티 쓰레드 프로그래밍의 장단점을 설명해 주세요.

• 👍🏻 여러개의 쓰레드가 하나의 프로세스 작업 가능
• 👍🏻 kernel-level thread라면 하나의 thread가 block되어도 다른 thread가 다른 작업 가능

• 👍🏻 자원 공유 가능

• 👎🏻 공유 자원에 대한 동기화
• 👎🏻 thread간 race condition
• 👎🏻 하나의 thread에 문제가 생기면 전체 thread에 문제

✅ 멀티 프로세스대신 멀티 쓰레드를 사용하는 이유가 뭔가요?

• 👍🏻 자원 공유, 중복 자원 낭비 방지

• 👍🏻 커널의 개입 없이 쓰레드 간 통신 가능

• 👍🏻 context switching overhead가 작다
• 멀티 프로세스는 context switching의 overhead가 크다.

• 프로세스 context를 PCB에 저장해야 되기 때문

• 👍🏻 cache 사용 가능
• 멀티 프로세스는 context switching되면 이전 프로세스의 cache는 의미가 없어짐

• 하지만 멀티 쓰레드는 자원을 공유하기 때문에 cache도 사용 가능

• 👍🏻 속도가 빠르다
• 자원을 공유하므로 쓰레드 fork생성도 빠르다
• 멀티 쓰레드는 공유하지 않는 부분만 교환하면 되므로 멀티 쓰레드 context switching이 더 빠르다

✅ 멀티 쓰레드 프로그래밍에서 주의할 점이 있을까요?

• 공유 자원에 대한 동기화
• 쓰레드 간 race condition
• deadlock: 공유 자원이 release될 때까지 무한정 기다림
  • mutual exclusion, hold and wait, circular wait, no preemption

• 하나의 쓰레드에 문제가 생기면 다른 쓰레드도 다 문제 발생

• 따라서 자원을 공유하기 때문에 thread safe하게 작성하여, 동시성 이슈가 발생하지 않도록 한다.

✅ Thread-Safe하다는 의미와 그렇게 설계하는 방법을 설명해 주세요.

• thread safe: 여러 쓰레드가 동일 자원에 접근하더라도 동시성 이슈가 발생하지 않는다.
• 기본적으로 불변 객체immutable 활용
• lock을 통해 공유 자원에 접근할 수 있는 쓰레드 제한
• mutex: only one thread can access critical section at a time
• semaphore: limited number of thread can access

✅ What is thread 풀?

• 일정 개수의 스레드를 정해놓고 관리
• 스레드를 계속해서 무한정으로 만들면, 운영체제 자원이 빨리 소진된다.

• 예를 들어 동시 접속자가 많아지면 스레드 무한대로 생성

• 👍🏻 스레드 생성, 삭제에 대한 오버헤드 줄이기
• 👍🏻 특정 시점에 동시에 처리할 수 있는 작업 개수 제한 ```
• 스레드 생성, 대기
• 작업 발생, 스레드 할당
• 작업 끝, 스레드 다시 대기 ```

https://engineerinsight.tistory.com/197

✅ lock 의 방법

✅ user-level thread의 동시성 문제 해결 방법

✅ Read-write 락과 스핀락의 차이가 무엇일까요?

Stack 🆚 Heap