[OS] Context Switching이란?

Context Switching

• 현대의 멀티스레드 운영체제에서 실행 단위는 더 이상 프로세스가 아니라 스레드이다. 프로세스는 여러 개의 스레드들이 실행될 때 자원을 공유하는 컨테이너로 그 역할이 바뀌었다. 그렇기 때문에 여기서 말하는 Context Switching은 Thread 기반으로 이루어졌음을 미리 알린다.

 

Context Switching

• CPU는 한번에 하나의 프로세스만 처리할 수 있다.
• 여러 프로세스를 처리해야 하는 상황에서 현재 실행중인 Task(프로세스, 스레드)의 상태를 PCB에 저장하고 다음에 진행할 Task의 상태값을 읽어 적용하는 과정을 말한다. (다른 프로세스에게 CPU를 할당해 작업을 수행하는 과정을 말한다.)

 

스레드 컨텍스트와 컨텍스트 스위칭

 

Context Switching 과정 (스레드1 -> 스레드2 로 변경)

1. 사용자 모드에서 커널 모드로 변경
2. 사용자 스택의 주소를 커널 스택에 저장
3. 시스템 호출 서비스 실행
4. 스레드 스케줄링 *(새로 실행시킬 스레드를 선택하기 위해 스케줄링 함수를 호출)*
5. 컨텍스트 스위칭
6. 스레드2 남은 작업 실행
7. 커널 스택에 저장된 SP레지스터 값을 CPU에 복귀
8. 스레드2의 사용자 모드로 복귀

 

Over Head

• 컨텍스트 스위칭 부담
  • CPU가 사용되는 작업
  • 상당량의 CPU 시간 소모
  • 컨텍스트 스위칭의 시간이 길거나 잦은 경우 컴퓨터 처리율이 저하
• 컨텍스트 스위칭 오버헤드
  • 동일한 프로세스의 스위치로 스위칭하는 경우 *(걸리는 시간)*
    • 컨텍스트 저장 및 복귀
    • TCB 리스트 조작
    • 캐시 오버헤드
  • 다른 프로세스의 스레드로 스위칭되는 경우
    • 메모리 관련 오버헤드
    • 추가적인 캐시 오버헤드

 

비용

Context Switching의 비용은 프로세스가 스레드보다 더 많이 든다.

이유: 스레드는 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 Context Switching 발생 시 stack 영역만 변경을 진행하면 되기 때문이다.

 

 

추가

• 프로세스 컨텍스트는 프로세스가 Running -> Ready / Blocked 상태로 갈 때 저장(or switching)되고, 프로세스가 Ready 상태에서 Running 상태로 바뀔 때 CPU에 복귀된다.

출처

https://github.com/WooVictory/Ready-For-Tech-Interview/blob/master/Operating%20System/Context%20Switching.md

운영체제(Operating system), 황기태 지음

GitHub - WooVictory/Ready-For-Tech-Interview: 💻 신입 개발자로서 준비를 하기 위해 지식을 정리하는 공간