Operating System/ thread/ CPU process

👿 컴퓨터의 고질적인 문제

(1) 저장공간 문제

• 언제: RAM, DISK 용량 부족
• 문제: 성능 저하, 데이터 유실

(2) 오버 클락

• 언제: CPU, RAM 과다 사용(여러개의 무거운 프로그램을 한 번에 돌리면)
• 문제: 수명 단축, 시스템 충돌

(3) 오버 히팅

• 언제: CPU, RAM
• 문제: CPU에 열을 발생시킴, 쿨링장치 필요

✅ Operating System

//OS 기본
             -------------------  유저 🙂  -------------------
                   /                                \
        💿 System Software                        💿  Application Software
(실제 내장된 프로그램, 디스크 관리)               (내가 설치한 프로그램, 크롬, 워드, 게임...)
                                   |
                          🏃🏻‍♂️ Operating System
                                   |
                   💾  HardWare(CPU, RAM, Input, Output)

☑️ Functions of operating system

✔️ 시스템 자원관리

어떤 프로그램을 돌릴 때 CPU의 코어 몇 개 쓸지, RAM은 몇 기가 쓸지 알아서 결정해 줌
없다면 내가 ppt킬 떄 CPU는 2코어 할당, RAM은 4GB써…이렇게 일일히 통제해야 함.
우리가 의식하지 않고도 컴퓨터의 하드웨어 알아서 관리함.

✔️ 응용 프로그램 관리

어떤 프로그램을 클릭해 실행할 때 실행 부스터 통제
새로운 앱을 깔았을 때 위치 정보를 허용할지/안 할지 권한 통제
만약 없다면, 새로 깐 앱이 우리의 권한을 침범할 수 있음!

✔️ 커뮤니케이션 지원 GIU

아이콘, 마우스를 클릭했을 떄 그 안에서 일어나는 일들 지원
그래서 유저는 단순히 클릭했을 뿐이지만 그 뒷단 세세한 내용들 실행하는 OS
유저에게는 편리하고 보기좋은 기능 Graphic User Interface

✅ Program? Process? Processor?

✔️ Program

프로그램이란, 명령으로 이루어진 총체
평소 프로그램은 정적으로 죽은 듯 디스크에서 지내다가
우리가 사용하려고 클릭하면 RAM에 업로드. 실행 준비
우리가 타자를 치면 CPU가 계산을 하며 실행

✔️ Process

프로그램이 RAM에 올라오게 되면 프로세스
실행되고 있는 프로그램

✔️ Processor?

프로세서: CPU

Program 생성

• 준비: 프로세서 할당을 기다리는 상태
• 디스패치: 실제로 CPU랑 상호작용을 하며 돌아가고 있는 상태,
• 실행: CPU를 점유하며 명령어 실행
• 종료:
• 대기: 이벤트, 오류가 났을 때 여기서 해결이 되면 다시 실행, 만약 해결이 안 되어 꺼버리면 종료

💡 dispatch

When the CPU becomes available
(either because the current process has finished its execution or due to a time-sharing mechanism),
the operating system’s scheduler selects a process from the ready queue to be dispatched or assigned to the CPU.
Dispatching is a crucial aspect of multitasking operating systems,
where multiple processes share the CPU in a time-sliced manner.
The goal is to efficiently utilize the CPU and provide the illusion of concurrent execution to users and applications.

✅ thread

프로세스 내 동시에 진행되는 작업 갈래
하나의 프로세스는 최소 1개 이상의 스레드를 가진다. (main 스레드)

JAVA의 public static void main이 바로 main thread

초기에는 프로세스가 가벼워서 따로 스레드가 없어도 프로세스가 직접 CPU랑 상호작용하며 실행되었는데,
이제는 프로세스가 너무 무겁고 복잡해져서
프로세스를 잘개 조개서 관리 => 스레드

single threaded process

• 프로세스는 1개, 바로 main 스레드
• 팔이 2개

multi threaded process

• main 스레드 + child thread
• 팔이 4개! 효율이 더 좋다.

✅ CPU의 process 처리 방법

🤔 요리사가 요리 여러가지 하는 상황을 가정해 보자.

• CPU가 일을 못한다는 것: 순차적 프로그램
  여러 프로그램을 한꺼번에 실행하려고 하는데,
  첫 번쨰 프로그램이 끝날 때까지 나머지는 기다려야…
  느리고 한꺼번에 여러개를 하려면 속터짐!!
  

• CPU가 일을 효율적으로 한다는 것: 병행 처리
  여러 프로그램의 과정을 돌며 조금씩 처리,
  이것 하다가 조금 짬내서 다른 것도 하고~
  

👍🏻 병행 처리 concurrency

Context Switching: 여러 가지 context를 조금 조금씩 수행한다.
CPU가 여러 가지 일을 조금조금씩 처리
➡️ 보는 사람 입장에서는 동시에 여러 일을 처리한다고 생각
프로그램들이 “준비” 상태였다가 CPU을 점유해 “실행” 0.1초 동안 한 후 다음 프로그램에게 CPU주고…
크롬 0.1초 열고, 그 다음 게임 0.5초 실행, 그 다음 음악 앱 0.1초 실행…이런식으로 반복해 비슷한 시간대에 크롬도 열고, 음악앱도 열고 게임도 실행하고.

👍🏻 병렬 처리 Parallelism

돈을 더 써서 요리사를 더 많이 고용 ➡️ CPU 코어가 여러개 ➡️ multicore
각 코어가 역할을 하나씩 맡아서 담당.

Parallel Programming https://soheeparklee.github.io/posts/OS-parallel/

💡 스레드를 이용한 멀티 프로세싱 + 비 순차적 방식

병렬 처리 좋은데, 근데 일 끝내고 쉬고 있는 코어는요? 비효율적이지 않나요?
하나의 코어가 다른 일하는 코어보다 일이 먼저 끝나면, 일하는 코어의 스레드를 가져와서 실행.
크롬 앱 여는 코어 일 끝나면, 윈도우 업데이트 하는 코어의 스레드 가져와서 같이 도와줌.
코어가 스레드를 나누어 가지고, 코어가 적당히 병행 처리와 병렬 처리 모두 하면서 스레드 단위로 일한다.

✅ Shell, Terminal

terminal을 통해 shell을 열어 실행시킨다.

✅ process 관련 linux 명령어

프로세스들은 커널에 의해 구조화 된 형태로 유지되기 위해 PID라는 프로세스 ID정보를 가지고 있다.
ps 시스템에서 실행 중인 프로세스 출력
ps aux 프로세스 상태를 보기 위해서

while true; do echo "hello; sleep3; done 직접 shell 명령어 실행하기

CTRL C 프로세스 종료
CTRL Z 프로세스 일시 정지
fg %1 프로세스 다시 실행(여기서 1은 프로세스 넘버)

jobs 백그라운드 프로세스 리스트를 모두 출력해준다. 한마디로, 내가 내린 명령어 출력해 줌.

✅ terminal 명령어

pwd 나 지금 어디 있어? 내 위치 말해줘
cd 나 이동할래
cd cd /Users/sohmac/Documents Documents 로 이동할래
ls 이 폴더 안에 있는 파일 다 말해봐
javac HelloWorld.java HelloWorld.java 컴파일 해 줘, 그 결과 HelloWorld.class 만들어진다.
java HelloWorld HelloWorld.class을 실행해줘.