[프로세스와 스레드 다중 처리] 리눅스 부팅 과정과 프로세스

<서영진 님의 사물인터넷을 위한 리눅스 프로그래밍 with 라즈베리파이 서적을 참고해서 작성하였습니다 :-)>

 

⭐ 리눅스 부팅 과정과 프로세스

PC 에서 전원이 들어오면 ROM (Read Only Meomry) / 플래시 (Flash) 메모리에 들어 있는 BIOS (Basic Input/Output System) 가 먼저 실행된다

BIOS 에서는 시스템을 점검한 후 하드 디스크의 첫 번째 섹터에 있는 GRUB 나 LILO 같은 부트로더 실행

부트로더는 리눅스 커널을 메모리로 올리고 시스템을 초기화 하는 과정을 진행함

GRUB 가 리눅스 커널 이미지를 메모리로 불러와서 시스템 제어권을 커널에게 넘겨준다

커널의 로딩이 시작되면서 부팅과 관련된 메시지를 터미널로 출력한다

부트로더는 리눅스 커널 이미지를 메모리로 올리는데 커널 이미지의 첫 부분이 기계어 수준의 어셈블리 코드로 되어 있다

 

처음에 생성되는 swapper(shed) 프로세스 (PID 0번) 은 스케줄링에 사용되는 프로세스들을 관리하는데, 프로세스들을 메모리와 디스크 사이에서 스왑 (swap in/out) 해주는 역할을 한다

swapper 은 init 프로세스 (PID 1번) 을 실행하는데 init 프로세서는 새로 생성되는 것이 아니라 기존에 swapper 를 위해 만들었던 프로세스의 구조를 복사해서 사용한다

PID 0번 프로세스는 부팅 후 바로 감춰지고, PID 1번 init 프로세스는 계속 남아서 다른 모든 프로세스의 부모 프로세스가 된다

init 프로세스가 실행되면서 /etc/inittab 파일을 읽어서 그 내용들을 차례대로 실행하는데, 시스템과 관련된 설정 파일과 데몬 프로세스들이 백그라운드 모드로 실행된 후 모든 것이 완료되면 사용자 로그인 프롬프트가 표시된다

 

커널의 로딩이 되면 어셈블리 코드를 통해서 프로세스를 만드는데, C언어 코드가 실행될 수 있도록 메모리 구조를 설정하고 C언어로 되어 있는 초기화 코드가 시작된다

 

C언어의 메모리 영역(Segment) 의 텍스트 영역은 CPU에 의해 실행 가능한 명령 코드들을 가지고 있는 영역으로 프로세스 간에 공유가 가능하다

데이터 영역(Initialized data segment) 은 실행 시작 시에 초깃값을 갖는 변수들이 들어가있다

비초기화 데이터 영역 (Uninitialized data segment) 인 bss (block started by symbol) 은 프로세스에 의해 0으로 초기화 된다

힙 영역 (heap) 은 malloc() 이나 alloc() 과 같은 C 언어의 함수들이 동적으로 메모리 할당하기 위해 사용됨

스택 영역 (stack) 은 함수 호출 시 긱존의 데이터를 보관하기 위해 사용됨

텍스트와 데이터 영역은 고정된 크기를 갖지만 힙과 스택 영역은 동적으로 증가하거나 감소함

 

⭐ 프로세스의 처리

프로세스가 실행되면 각각의 프로세스는 프로세스 ID (PID, Process ID) 라는 프로세스를 구분할 수 있는 별도의 ID 를 부여받게 된다

리눅스를 시작하면 실행되는 swapper 는 커널에서 직접 생성하지만, 다른 프로세스들은 기존의 프로세스를 복사해서 사용한다

PID 0 은 시스템 스케줄러 (sche, swapper) 이고 PID 1 은 init 프로세서, PID 2부터 페이지 데몬 등의 시스템 프로그램이 실행되면서 서로 다른 프로세스 ID 를 할당 받는다

 

프로세스가 생성될 때 부모 프로세스를 복사해서 사용되는데, 

ps aux | more

명령어를 수행하는 경우에는 init 프로세스로부터 파생된 bash 셸이 프로그램을 수행한다

bash 는 자기 자신을 복사해서 pid 가 다르지만 동일한 내용을 갖고 있는 프로세스를 만드는데, 이때 fork() 시스템 호출을 사용한다

다른 프로그램을 수행하기 위해서는 exec() 시스템 호출을 사용해서 새로 생성한 프로세스의 공간에 새로운 프로그램의 내용으로 채우고 코드를 실행한다

=> ps 명령어와 more 명령어를 위한 2개의 프로세스를 생성하고 파이프 (|) 이용해서 두 프로세스 간 통신 (IPC) 를 통해 내용을 전달하게 된다

 

☑️ getpid() 와 getppid() 함수

PID 0 인 swapper 을 제외한 프로세스들은 부모로부터 파생되어 생성되므로, 부모 프로세스를 구분할 수 있는 ppid (Parent PID)라는 값을 별도로 가진다

 

getpid() 함수는 프로세스의 프로세스 ID 반환

getppid() 함수는 부모의 PID 반환

반환값은 pid_T 형이다

 

 

⭐ 현재 시스템에서 만들 수 있는 사용자 프로세스의 개수 ulimit 명령어

ulimit 명령어는 최대 스택의 크기 등 현재 시스템에서 사용할 수 있는 제한 사항 을보여준다

getrlimit() 함수는 시스템의 자원에 대한 제한 사항

getrusage() 함수는 현재 사용 중인 resource 정보를 반환함

ulimit -a

 

#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    struct rlimit rlim;

    /* 현재 시스템에서 생성 가능한 프로세스 */
    getrlimit(RLIMIT_NPROC, &rlim);
    printf("max user processes : %lu / %lu\n",
    rlim.rlim_cur, rlim.rlim_max);

    /* 오픈 가능한 파일의 수 */
    getrlimit(RLIMIT_NOFILE, &rlim);
    printf("file size : %lu / %lu\n", rlim.rlim_cur, rlim.rlim_max);

    /* 프로세스가 얻을 수 있는 최대 메모리 */
    getrlimit(RLIMIT_RSS, &rlim);
    printf("max memory size : %lu / %lu\n", rlim.rlim_cur, rlim.rlim_max);

    /* 초 단위 CPU 시간 */
    getrlimit(RLIMIT_CPU, &rlim);
    if(rlim.rlim_cur == RLIM_INFINITY) { 	/* 무한 사용 가능이면 UNLIMIT 메시지 출력 */
        printf("cpu time : UNLIMIT\n");
    }

    return 0;
}

/*
gani@gani:~/raspi/Process_Signal $ gcc -o limit limit.c
gani@gani:~/raspi/Process_Signal $ ./limit 

ulimit 명령어오 ㅏ동일한 결과가 나온다
*/

gcc -o limit limit.c
./limit