Context Switching

컨텍스트 스위칭이란?

현재 CPU에서 실행 중인 프로세스를 비우고 새로운 프로세스를 CPU에서 실행시키는 동작이다.

컨텍스트(Context)란 프로세스/스레드의 상태를 얘기하며, 즉 컨텍스트 스위칭이란 CPU/코어에서 실행중이던 프로세스/스레드가 다른 프로세스/스레드로 교체되는 것이다. 여러 프로세스/스레드를 동시에 실행시키기 위해서 이 작업이 필요하다.

그림의 동작 과정을 보면 인터럽트와 유사하다. P0의 상태를 저장하고 P1을 불러올 때 오버헤드가 발생한다.

컨텍스트 스위칭은 누구에 의해 실행되고 언제 실행되는 것일까?

바로 OS 커널에 의해 실행된다. 커널이란 것은 OS에서 가장 핵심적인 기능을 담당하는 존재이며 컴퓨터의 각종 리소스를 감독, 관리하는 역할을 한다.

OS는 우선순위가 높은 프로세스를 선택한다.
컨텍스트 스위칭에 의해 교체되어 빠져나간 프로세스는 "실행 대기" 상태로 "런 큐"에 들어가서 대기할 수도 있고, 스스로 비선점 스케줄링을 요청했을 경우 "Sleep" 상태로 진입할 수 있다.

또, 정해진 타임 슬라이스를 전부 사용하거나 I/O 작업이 발생하면 컨텍스트 스위칭이 발생한다.

프로세스 또는 스레드에서의 CPU 연산 흐름. 즉 CPU 코어에서 실행되는 연산의 흐름을 "스레드"라고 한다.

두 작업의 공통점은 커널 모드에서 실행되고 CPU의 레지스터 상태를 교체한다.

그럼 컨텍스트 스위칭은 스레드 사이에서 일어난다고 볼 수 있는데, 프로세스 컨텍스트 스위칭은 어떤 이유로 분류되었나?

프로세스 간의 스위칭은 메모리 주소 체계가 다르다. 가상 메모리 주소 관련 처리를 추가로 수행해야 한다.

차이가 있다면, 프로세스 컨텍스트 스위칭은 서로 다른 프로세스에 속한 스레드에서 발생하는 스위칭이다.

프로세스 P1, P2가 존재하고 두 프로세스 사이에서 컨텍스트 스위칭이 발생한다고 가정해보자. (P1 -> P2)

2번 작업에서 P2는 자신의 메모리 영역에 접근해야 되는데 만약 이 작업이 수행되지 않는다면 P1의 메모리 주소 영역에 접근 하게 된다.

정리하면,

실제 컨텍스트 스위칭의 대상은 "스레드" 이지만, 서로 다른 프로세스 스레드 사이에서 발생하는 것을 프로세스 컨텍스트 스위칭으로 본다.

서로 다른 프로세스 간 컨텍스트 스위칭은 메모리 주소 체계가 다르기 때문에 MMU에 새로운 프로세스의 주소를 바라보도록 수정하고 TLB도 비워줘야 한다.

스레드 컨텍스트 스위칭은 같은 프로세스에 속한 스레드끼리의 스위칭 이기 때문에 같은 메모리 공간을 공유한다.

그래서 메모리 주소 관련 처리는 하지 않고 CPU의 상태 정보만 바꿔주기 때문에 더 빠르다.

Last updated 1 year ago