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# PCB와 Context Switching

## **Process Management**

> CPU가 프로세스가 여러개일 때, CPU 스케줄링을 통해 관리하는 것을 말함

이때, CPU는 각 프로세스들이 누군지 알아야 관리가 가능함

프로세스들의 특징을 갖고있는 것이 바로 `Process Metadata`

* Process Metadata
  * Process ID(PID): 프로세스 ID< 해당 프로세스의 자식 프로세스 ID
  * Process State: 프로세스 스케줄링 상태. 준비, 일시중단 프로세스가 CPU에 대한 소유권을 얻은 이후 또는 이후 경과된 시간과 같은 기타 스케줄링 정보
  * Process Priority: 컴퓨터 자원 또는 I/O디바이스에 대한 권한 정보
  * CPU Registers: 프로세스를 실행하기 위해 저장해야 할 레지스터에 대한 정보
  * Owner: 계정정보. 프로세스 실행에 사용된 CPU 사용량, 실행한 유저의 정보
  * CPU Usage
  * Memeory Usage

이 메타데이터는 프로세스가 생성되면 `PCB(Process Control Block)`이라는 곳에 저장됨

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## **PCB(Process Control Block)**

> 프로세스 메타데이터들을 저장해 놓는 곳, 한 PCB 안에는 한 프로세스의 정보가 담김

![](https://camo.githubusercontent.com/6341ca44629c93eb107563ab612ebfc581b2251ae312394b011ea70ee873b523/68747470733a2f2f74312e6461756d63646e2e6e65742f6366696c652f746973746f72792f323536373341353035384632313143323234)

**다시 정리해보면?**

> 프로그램 실행 → 프로세스 생성 → 프로세스 주소 공간에 (코드, 데이터, 스택) 생성 → 이 프로세스의 메타데이터들이 PCB에 저장

### **PCB가 왜 필요한가요?**

> CPU에서는 프로세스의 상태에 따라 교체작업이 이루어진다. (interrupt가 발생해서 할당받은 프로세스가 waiting 상태가 되고 다른 프로세스를 running으로 바꿔 올릴 때)
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> 이때, **앞으로 다시 수행할 대기 중인 프로세스에 관한 저장 값을 PCB에 저장해두는 것**이다.

### **PCB는 어떻게 관리되나요?**

> Linked List 방식으로 관리함
>
> PCB List Head에 PCB들이 생성될 때마다 붙게 된다. 주소값으로 연결이 이루어져 있는 연결리스트이기 때문에 삽입 삭제가 용이함.
>
> 즉, 프로세스가 생성되면 해당 PCB가 생성되고 프로세스 완료시 제거됨

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이렇게 수행 중인 프로세스를 변경할 때, CPU의 레지스터 정보가 변경되는 것을 `Context Switching`이라고 한다.

## **Context Switching**

> CPU가 이전의 프로세스 상태를 PCB에 보관하고, 또 다른 프로세스의 정보를 PCB에 읽어 레지스터에 적재하는 과정

보통 인터럽트가 발생하거나, 실행 중인 CPU 사용 허가시간을 모두 소모하거나, 입출력을 위해 대기해야 하는 경우에 Context Switching이 발생

`즉, 프로세스가 Ready → Running, Running → Ready, Running → Waiting처럼 상태 변경 시 발생!`

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### **Context Switching의 OverHead란?**

overhead는 과부하라는 뜻으로 보통 안좋은 말로 많이 쓰인다.

하지만 프로세스 작업 중에는 OverHead를 감수해야 하는 상황이 있다.

```
프로세스를 수행하다가 입출력 이벤트가 발생해서 대기 상태로 전환시킴
이때, CPU를 그냥 놀게 놔두는 것보다 다른 프로세스를 수행시키는 것이 효율적
```

즉, CPU에 계속 프로세스를 수행시키도록 하기 위해서 다른 프로세스를 실행시키고 Context Switching 하는 것

CPU가 놀지 않도록 만들고, 사용자에게 빠르게 일처리를 제공해주기 위한 것이다.

* 캐시미스: 컨텍스트 스위칭이 일어날  프로세스가 가지고 있는 메모리 주소가 그대로 있으면 잘못된 주소 변환이 생기므로 캐시클리어 과정을 겪게 되고 이 때문에 캐시미스가 발생한다.
* 스레드에서도 컨텍스트 스위칭은 일어난다. 스레드는 스택 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 상대적으로 비용이 더 적고 시간도 더 적게 걸린다.