프로세스 제어 블록(PCB)

프로세스 제어 블록(Process Control Block)이란

OS가 프로세스들의 관리를 위해 사용하는 정보를 저장하는 구조체이다.

OS는 다수의 프로세스를 사용자에게 동시에 제공하기 위해

현재 실행 중인 프로세스의 정보를 알고 있을 필요가 있는데, PCB가 그 역할을 하게되는 것이다.

 

PCB 저장 요소

PCB에 저장되는 프로세스의 정보들은 다음과 같다.

1. PID: 각 프로세스가 갖는 고유의 ID 값
2. 프로세스 상태: 해당 프로세스가 실행 중, 대기 중, 정지 상태인지를 나타내는 정보
3. 레지스터 상태: 레지스터란 CPU 내부에 존재하는 프로세스의 상태를 저장하는 저장 공간으로, 이의 상태를 저장. 레지스터에는 프로그램 카운터, 스택 포인터, 베이스 레지스터 등이 저장.
   1. 프로그램 카운터: 해당 프로세스가 다음에 실행시킬 코드를 나타냄
   2. 스택 포인터: 해당 프로세스의 스택 내 현재 위치의 주소를 저장
   3. 베이스 레지스터: 해당 프로세스의 데이터 세그멘트의 시작 주소를 저장
4. 메모리 관리 정보: 프로세스가 사용 중인 메모리 공간의 범위, 주소 정보
5. 프로세스 우선 순위: 프로세스 스케줄링에 이용되는 해당 프로세스의 우선 순위 정보

운영체제는 위 정보들을 통해 프로세스들을 스케줄링하고 관리하게 된다.

 

출처: https://www.os-book.com/OS10/slide-dir/index.html

PCB의 관리

일반적으로, PCB의 관리에는 이중 연결 리스트를 사용한다.

이중 연결 리스트를 사용하는 까닭은, 

프로세스의 생성과 삭제는 빈번하게 일어나기 때문에 요소의 추가, 삭제의 비용이 적은 이중 연결 리스트가 사용되는 것이다.

또한 이중 연결 리스트를 프로세스 우선 순위로 정렬하여 더 효율적인 처리를 제공한다.

 

PCB의 위치

PCB는 운영체제가 프로세스를 효율적으로 관리하기 위한 일종의 저장소로 커널 스택에 존재한다.

커널 스택은 커널 권한을 가진 운영체제만이 접근 가능하기 때문에

유저 모드에서 작동하는 유저 애플리케이션들에 완전히 독립되어, 프로세스 관리가 가능하다.

 

PCB의 갱신

PCB의 갱신을 수행하기 위해서는 결국 커널 스택에 대한 접근 권한이 필요하고,

따라서 유저 애플리케이션이 제어권을 갖고 있는 와중에는 이루어지지 않는다.

대신 컨텍스트 스위칭이 수행되거나, 프로세스의 생성 및 삭제 시 발생한다.

특히 컨텍스트 스위칭 시에는 CPU에 존재하는 해당 프로세스의 레지스터 상태를 PCB에 먼저 저장하여

이후 해당 프로세스가 다시 수행될 때 이를 가지고 CPU 레지스터 복원을 진행한다.