[운영체제] 프로세스 제어 블록 (Process Control Block, PCB)

**프로세스 제어 블록 (Process Control Block, PCB)**은 운영 체제에서 각 프로세스를 관리하는 데 필요한 중요한 정보를 저장하는 데이터 구조입니다.

PCB는 각 프로세스에 대한 상태, 제어 정보, 메모리 정보 등을 포함하고 있어,

운영 체제가 프로세스를 효율적으로 관리하고, 컨텍스트 스위칭(context switching) 시 해당 프로세스의 상태를 복원할 수 있도록 합니다.

1. PCB의 주요 구성 요소

PCB는 프로세스의 실행과 관련된 다양한 정보를 포함하고 있으며, 보통 다음과 같은 필드들로 구성됩니다:

1. 프로세스 ID (Process ID, PID):
   • 각 프로세스를 고유하게 식별하는 번호입니다. 운영 체제는 이 PID를 사용하여 프로세스를 추적하고 관리합니다.
2. 프로세스 상태 (Process State):
   • 프로세스의 현재 상태를 나타냅니다. 상태는 여러 가지로 분류될 수 있으며, 예를 들어 대기(waiting), 실행 중(running), 준비 완료(ready), 종료(terminated) 등이 있습니다.
3. 프로세서 상태 정보 (Program Counter, PC):
   • 프로세스가 실행 중인 지점의 주소를 저장합니다. 이 정보는 컨텍스트 스위칭을 통해 프로세스가 CPU에서 잠시 내려가고 다시 실행될 때 정확한 위치에서 실행을 재개할 수 있도록 합니다.
4. CPU 레지스터 (CPU Registers):
   • 프로세스가 실행되는 동안 사용되는 CPU 레지스터의 값들을 저장합니다. CPU 레지스터에는 데이터 처리와 관련된 여러 종류의 레지스터가 포함됩니다(예: 누산기, 상태 레지스터, 스택 포인터 등).
5. 메모리 관리 정보 (Memory Management Information):
   • 프로세스가 사용하는 메모리 주소와 관련된 정보를 저장합니다. 여기에는 페이지 테이블(paging), 세그먼트 테이블(segmentation) 등의 메모리 관리 구조가 포함될 수 있습니다.
6. 계산 자원 (Resource Allocation Information):
   • 프로세스가 사용하는 시스템 자원(예: 파일, 입출력 장치)에 대한 정보를 저장합니다. 자원의 할당 상태 및 사용 여부가 기록됩니다.
7. I/O 상태 정보 (I/O Status Information):
   • 프로세스가 사용하는 입출력 장치와 관련된 정보를 저장합니다. 예를 들어, 열려 있는 파일 목록, 사용 중인 입출력 장치 등이 기록됩니다.
8. 프로세스 우선순위 (Process Priority):
   • 프로세스의 우선순위와 관련된 정보입니다. 운영 체제는 프로세스의 우선순위에 따라 CPU 시간을 할당합니다.
9. 소유자 정보 (Owner Information):
   • 프로세스를 실행하는 사용자의 정보가 기록됩니다. 이는 보안이나 자원 할당과 관련하여 중요할 수 있습니다.
10. 프로세스의 부모 및 자식 프로세스 정보: - 프로세스가 생성된 부모 프로세스와 자식 프로세스에 대한 정보를 포함할 수 있습니다.

2. PCB의 역할

PCB는 주로 운영 체제가 프로세스를 관리하고, 컨텍스트 스위칭을 수행하는 데 중요한 역할을 합니다. 그 주요 역할은 다음과 같습니다:

1. 프로세스 관리:
   • PCB는 각 프로세스에 대한 정보를 저장하여 운영 체제가 프로세스를 효과적으로 관리하고 추적할 수 있도록 도와줍니다.
2. 컨텍스트 스위칭 (Context Switching):
   • 운영 체제가 CPU를 다른 프로세스에 할당할 때, 컨텍스트 스위칭이 발생합니다. 이때, 운영 체제는 현재 실행 중인 프로세스의 PCB에 저장된 프로세서 상태 정보(레지스터 값, 프로그램 카운터 등)를 저장하고, 새로 실행할 프로세스의 PCB에서 정보를 읽어와 해당 프로세스의 실행을 재개합니다.
3. 프로세스 상태 추적:
   • PCB를 통해 각 프로세스가 현재 어떤 상태에 있는지 추적할 수 있습니다. 예를 들어, 대기 상태에 있는 프로세스가 실행될 준비가 되었는지, 종료되었는지 등을 알 수 있습니다.
4. 자원 관리:
   • 각 프로세스가 사용하는 자원에 대한 정보가 PCB에 기록되므로, 운영 체제는 자원의 할당과 해제를 효율적으로 관리할 수 있습니다.

3. PCB의 생애 주기

PCB는 프로세스의 생애 주기 동안 여러 번 업데이트됩니다. 프로세스의 생성, 실행, 종료 등의 각 단계에서 PCB의 내용이 변경됩니다.

• 프로세스 생성: 새 프로세스가 생성되면, 운영 체제는 새 PCB를 할당하고, 프로세스에 대한 기본 정보를 기록합니다.
• 프로세스 실행: 프로세스가 실행되는 동안, PCB는 실행 상태, 프로그램 카운터, CPU 레지스터 등 현재 실행 중인 정보로 업데이트됩니다.
• 컨텍스트 스위칭: CPU가 프로세스를 전환할 때, PCB의 상태가 저장되고 다른 프로세스의 PCB가 불러와져 실행됩니다.
• 프로세스 종료: 프로세스가 종료되면, 해당 PCB는 삭제되거나, 종료된 프로세스의 상태를 기록한 후 시스템 자원에서 해제됩니다.

4. 결론

프로세스 제어 블록(PCB)은 운영 체제가 각 프로세스를 관리하는 데 필요한 중요한 정보를 저장하는 데이터 구조로, 프로세스 상태, 프로세서 정보, 메모리 관리 정보, I/O 상태 정보 등을 포함합니다. PCB를 통해 운영 체제는 프로세스를 추적하고, 효율적인 컨텍스트 스위칭과 자원 관리를 수행할 수 있습니다.