[Linux] Process에 대한 이해 + 실습 (운영체제🦖 강의2-Chpater3. Process)

실습 전 필요한 Process 관련 배경지식

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Process에 대한 깊은 이해를 위해 관련 실습을 진행했다.

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실습에 필요한 배경지식을 간단히 정리하면,

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• Process: RAM에 저장되어 있는 프로그램이 CPU에 load 된 상태
• PCB(Process Counter Block): 레지스터 정보, 현재 process 정보 등이 담긴 곳
• Context-switch(문맥 교환): 하나의 PCB load하고 다음 PCB를 store. 이렇게 PCB 다음 다음 해주는 문맥 교환을 통해 time sharing 하며 concurrent 하게 실행됨

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UNIX와 같은 O/S에서 새로운 process는 fork( )라는 시스템 콜을 통해 만들어진다.

이때 현재 process의 주소 공간을 복사해서 child process 만든다.

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그럼 이제 본격적으로 실습을 통해 process에 대해 깊이 있게 이해해보자.

 

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실습1.

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    printf("Hello, Process!\n");

    return 0;
}

Hello, Process!

Hello, Process!

🔹 fork()가 동작하는 방식

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1. fork()를 호출하면 현재 프로세스를 그대로 복제한 새로운 프로세스(자식 프로세스)가 생성됨
2. 새로 생성된 자식 프로세스는 부모 프로세스(P0)의 모든 메모리 공간을 그대로 복사해서 가짐.즉, 부모 프로세스가 가지고 있던 코드, 변수 값, 프로그램 상태 등이 똑같이 복사된 새로운 프로세스(P1)가 만들어짐
3. 하지만! 부모와 자식 프로세스는 별개로 실행됨.즉, fork() 이후부터 부모와 자식이 각자 독립적으로 실행됨

​

🔹 fork() 이후의 실행 흐름

#include <stdio.h>#include <unistd.h>int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();  // 새로운 프로세스(P1) 생성

    printf("Hello, Process!\n");

    return 0;
}

 

📌 fork() 이후의 흐름:

​

• fork()가 실행되면 현재 실행 중인 프로세스(P0)를 그대로 복제한 자식 프로세스(P1)가 생성됨.
• 그 후 fork() 다음 줄부터 부모(P0)와 자식(P1) 모두 실행을 계속함.
• 즉, printf("Hello, Process!\n"); 이 코드는 부모(P0)에서도 실행되고, 자식(P1)에서도 실행됨. 그 결과, "Hello, Process!\\n"가 두 번 출력됨

🔹 fork() 반환값이 중요한 이유

​

fork() 함수는 실행될 때 부모와 자식에서 각각 다른 값을 반환함

실행 위치	fork( ) 반환값
부모 프로세스 (P0)	자식 프로세스의 PID (양의 정수)
자식 프로세스 (P1)	0

즉,

• 부모(P0)에서는 pid = fork(); 실행 후 pid에는 자식 프로세스의 PID(양수) 가 저장됨.
• 자식(P1)에서는 pid = fork(); 실행 후 pid에는 0이 저장됨.

​

이를 이용해서 부모와 자식을 분리된 실행 흐름으로 제어할 수 있음

​

예를 들어:

#include <stdio.h>#include <unistd.h>int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();

    if (pid > 0)
    {
        printf("부모 프로세스: PID = %d\n", getpid());
    }
    else if (pid == 0)
    {
        printf("자식 프로세스: PID = %d\n", getpid());
    }

    return 0;
}

부모 프로세스: PID = 1234

자식 프로세스: PID = 5678

처럼 부모와 자식 프로세스를 구분할 수 있음

 

🔹 결론

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• fork()를 실행하면 현재 프로세스(P0)를 그대로 복사한 새로운 프로세스(P1)가 생성됨.
• fork() 이후에는 부모(P0)와 자식(P1)이 독립적으로 실행되므로 printf("Hello, Process!\n");도 두 번 실행됨.
• fork()의 반환값을 사용하면 부모와 자식 프로세스를 구분할 수 있음.

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실습2.

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    printf("Hello, Process! %d\n", pid);
}

Hello, Process! 140755

Hello, Process! 0

​

즉, 정리하면 fork( ) system call 이후,

• parent process의 address space를 그대로 복제
• parent process는 계속 실행됨
• 또는 child process가 실행되는 동안 wait( ) system call을 할 수 있음. ready queue에서 wait queue로 빠져서 child가 종료될 때까지 기다림.

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실습3.

#include <unistd.h>

int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid > 0)
        wait(NULL);
    printf("Hello, Process! %d\n", pid);
}

Hello, Process! 0

Hello, Process! 141055

(순서가 바뀜)

parent가 wait queue에 들어가 있다가 child 실행 이후 parent가 실행됨

참고: fork 된 이후 parent와 child는 독립적. 즉 각자가 바뀌는 것이 서로에게 영향을 미치지 않음.

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실습4.

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    fork();
    fork();
    fork();
    fork();
    printf("Hello, fork\n");
    return 0;
}

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

Hello, fork

hello fork 16번 출력. fork하면 만들어진 자식도 자식을 만들기 때문에 2의 4승이 됨

 

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실습5

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();

    if(pid == 0) {
        execlp("/bin/ls", "ls", NULL);
        printf("LINE J\n");
    }
    else if (pid > 0) {
        wait(NULL);
        printf("Child Complete\n");
    }

    return 0;
}

execlp는 fork로 복사된 child process의 내용이 아예 다른 내용으로 덮어지는 것. 위 예제에서 “Line J”는 실행되지 않음. execlp로 덮어져 execlp 그 다음 내용은 child process에 존재하지 않기 때문.

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실습6

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    pid_t pid, pid1;
    pid = fork();

    if(pid == 0) { //child process
        pid1 = getpid();
        printf("child: pid = %d\n", pid);
        printf("child: pid1 = %d\n", pid1);
    }
    else if (pid > 0) { //parent process
        pid1 = getpid();
        printf("parent: pid = %d\n", pid);
        printf("parent: pid1 = %d\n", pid1);
        wait(NULL);
    }

    return 0;
}

parent: pid = 142323

parent: pid1 = 142322

child: pid = 0

child: pid1 = 142323

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실습7.

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#define SIZE 5

int nums[SIZE] = {0, 1, 2, 3, 4};

int main()
{
    pid_t pid;
    int i;
    pid = fork();

    if(pid == 0) { //child process
        for ( i = 0 ; i < SIZE ; i++) {
            nums[i] *= i;
            printf("CHILD: %d \n", nums[i]);
        }
    }
    else if (pid > 0) { //parent process
        wait(NULL);
        for( i = 0 ; i < SIZE ; i++) {
            printf("PARENT: %d \n", nums[i]);
        }
    }

    return 0;
}

CHILD: 0

CHILD: 1

CHILD: 4

CHILD: 9

CHILD: 16

PARENT: 0

PARENT: 1

PARENT: 2

PARENT: 3

PARENT: 4

😖😖 머리가 아파도 실습을 해보면 확실히 원리가 와닿긴 한다. 여러분들도 도전해보시길...!

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위에 예제가 모두 이해되면 아래와 같은 문제를 풀어보는 것도 도움이 많이 됐다.