Context Switching(컨텍스트 스위칭)

Context(컨텍스트)

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프로세스가 현재 어떤 상태에서 수행되고 있는지 정확히 규명하기 위해 필요한 정보로, 크게 3가지로 나눈다.

• 하드웨어 문맥 : PC(Program Counter)와 각종 레지스터의 값
• 프로세스 주소 공간 : Code 영역, Data 영역, Stack 영역 등
• 커널상의 문맥 : PCB(Process Control Block)와 Kernel Stack(커널 내의 주소)

 

 

Context Switching(컨텍스트 스위칭)

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실행 중이던 프로세스를 중단하고 다른 프로세스를 실행할 때, 기존 프로세스의 상태와 Context(레지스터 값)를 저장하고 새로운 프로세스의 상태와 Context를 교체하는 작업을 의미한다.

 

Context Switching 과정

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P1, P2라는 2개의 프로세스가 있고 CPU 에 올라갔다 내려갔다하는 과정이다.

1. Interrupt / System Call
   • 운영체제에서 프로세스 Scheduler 에 의해 interrupt 발생
2. 커널 모드 전환
   • 프로세스 P1이 유저 모드(Executing)에서 커널모드(Idle)로 전환 (프로세스 P1이 Running → Ready 상태로 변경)
3. 현재 프로세스 상태 저장
   • P1 프로세스 정보를 PCB1에 저장
4. 다음에 실행할 프로세스 로드
   • PCB2에 저장 되어 있던 다음 실행 프로세스 P2 상태 정보 적재
5. 유저 모드 전환
   • 프로세스 P1이 커널 모드에서 유저 모드로 전환하여 실행
6. 프로세스 P2 → P1 의 경우도 같은 방식(1 ~ 5)

💡 PCB 에 정보를 저장하고 복구하는 과정에서 CPU 는 아무것도 할 수 없다.
      따라서, Context Switching이 자주 발생하면 Overhead가 발생한다.

 

 

Context Switching 이 일어나는 경우

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1. I/O interrupt
2. CPU 사용시간 만료
3. 자식 프로세스 Fork
4. 인터럽트 처리를 기다릴 때
5. 등등

 

 

Process Context Switching vs Thread Context Switching

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• Process Context Switching(프로세스 컨텍스트 스위칭)
  • 다른 프로세스의 스레드로 스위칭하는 경우를 말한다.
  • 다른 프로세스의 스레드와 공유하는 자원이 없다.
    → 스레드 컨텍스트 스위칭에 비해 무겁다.
• Thread Context Switching(스레드 컨텍스트 스위칭)
  • 같은 프로세스 내의 다른 스레드로 스위칭하는 경우를 말한다.
  • 같은 프로세스 내의 스레드는 Stack 영역을 제외한 자원을 공유한다.
    → 프로세스 컨텍스트 스위칭에 비해 가볍다.
    → 공유 자원 Context는 Switching 작업이 필요하지 않다.