리눅스 프로세스 컨텍스트 스위칭

리눅스에서 프로세스 컨텍스트 스위칭(Process Context Switching)은 운영 체제가 한 프로세스의 실행을 중단하고 다른 프로세스를 실행하기 위해 현재 프로세스의 상태(컨텍스트)를 저장하고, 새로운 프로세스의 컨텍스트를 복원하는 과정입니다. 이 과정을 통해 CPU는 여러 프로세스를 동시에 실행하는 것처럼 보이게 할 수 있으며, 이를 통해 멀티태스킹을 실현합니다.

컨텍스트 스위칭의 주요 구성요소

1. 레지스터 상태: CPU 레지스터에 저장된 값들, 예를 들어, 프로그램 카운터(PC), 스택 포인터(SP), 일반 목적 레지스터, 조건 코드 등이 포함됩니다.
2. 프로세스 제어 블록(PCB): 운영 체제가 각 프로세스에 대해 유지하는 정보로, 프로세스 상태, 프로세스 번호(PID), 프로그램 카운터, 레지스터 값, 메모리 관리 정보, 계정 정보 등을 포함합니다.
3. 시스템 콜과 인터럽트: 시스템 콜이나 인터럽트가 발생할 때, 운영 체제는 현재 실행 중인 프로세스를 중단하고, 시스템 콜이나 인터럽트 처리 루틴을 실행하기 전에 컨텍스트 스위칭을 수행합니다.

컨텍스트 스위칭 과정

1. 현재 프로세스 상태 저장: 현재 실행 중인 프로세스의 레지스터 상태와 관련 정보를 그 프로세스의 PCB에 저장합니다.
2. 스케줄러 활성화: CPU 스케줄러가 다음에 실행할 프로세스를 결정합니다. 이 결정은 운영 체제의 스케줄링 알고리즘에 따라 달라집니다.
3. 다음 프로세스 상태 복원: 스케줄러에 의해 선택된 다음 프로세스의 PCB에서 레지스터 상태와 실행에 필요한 정보를 CPU 레지스터와 시스템에 복원합니다.

컨텍스트 스위칭의 비용

컨텍스트 스위칭은 필수적인 과정이지만, 비용이 발생합니다. 이 비용은 CPU 시간을 소모하며, 프로세스가 실행을 재개하기까지의 지연 시간을 포함합니다. 이러한 오버헤드 때문에, 운영 체제는 컨텍스트 스위칭의 수를 최소화하려고 노력하며, 효율적인 스케줄링 알고리즘을 사용하여 시스템의 전반적인 성능을 최적화하려고 합니다.