[리눅스마스터 1급] 이기적 이론서 3회차 정리 - 프로세스

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🏁 이기적 이론서 학습 범위

  • PART 01 리눅스 실무적 이해
    • CHAPTER 02 리눅스 시스템의 이해 (SECTION 05 프로세스)

프로세스

☑️ 프로세스의 개요

프로세스의 개념

  • 프로세스 : 디스크의 프로그램을 메모리에 적재하고 실행한 상태
  • 프로세스 특징
    • 생성, 실행, 대기, 중지, 좀비, 종료 등의 라이프사이클을 갖는다.
    • 고유의 아이디인 PID를 갖는다.
    • 부모 프로세스와 자식 프로세스 간 관계를 맺으며 실행 우선순위와 프로세스의 상태를 갖는다.
    • 생성 시간, 시스템 실행 시간, 사용자 실행 시간 등의 시간 정보와 타이머를 가질 수 있다.
    • 사용 가상 메모리, 프로세스 컨텍스트, 파일 핸들 정보 등의 리소스를 갖는다.

프로세스 유형

  • 최상위 프로세스
    • 모든 프로세스의 부모 프로세스이다.
    • 리눅스 초기화를 위해 가장 먼저 실행하는 프로세스이며, 커널이 직접 시작한다.

    • PID는 항상 1이다.

      🧷 init 프로세스의 PID를 확인하려면? → pidof ex. $ pidof systemd

    • 레드햇 계열 6에서는 init 프로세스, 레드햇 계열 7 이후는 systemd가 최상위 프로세스이다.
  • 부모 프로세스와 자식 프로세스
    • 현재 실행 중인 프로세스 A (부모 프로세스)가 특정 실행 파일을 실행하여 프로세스 B (자식 프로세스)가 생성된다.
    • 자식 프로세스의 프로세스 ID는 PID, 부모 프로세스는 PPID
  • 고아 프로세스와 좀비 프로세스
    • 고아 프로세스 : 부모 프로세스가 강제 종료되었을 때 자식 프로세스는 고아 프로세스가 된다.
      • 고아 프로세스의 부모 프로세스는 Init 프로세스로 변경된다.
    • 좀비 프로세스 : 자식 프로세스 종료 시, 부모 프로세스가 wait() 시스템 콜 등으로 자식 프로세스의 종료 코드를 회수하지 못할 때 좀비 프로세스가 된다.
      • 종료 코드를 회수하면 프로세스 테이블에서도 PID가 삭제된다.
  • 데몬
    • 시스템 부팅 시 자동으로 시작되며, 백그라운드로 실행한다
    • 사용자가 직접 제어하지 않고 데몬의 관련 핸들러가 실행하는 방식이다.
    • 예시 : 작업 예약(cron), 파일 전송(ftpd), 프린터(lpd), 원격 접속(rlogind), 원격 명령(rshd), 텔넷(telned)

프로세스 식별자

  • PID : 실행중인 프로세스를 구분하기 위해 시스템에서 유일한 아이디를 부여받은 것
  • PPID : 생성된 프로세스의 부모 프로세스의 아이디
  • UID, GID : 생성된 프로세스가 속한 사용자 또는 그룹 아이디

☑️ 프로세스 동작원리

프로세스 생성하기

  • exec() 시스템 콜
    • 현재 프로세스의 이미지를 새로운 프로세스의 이미지로 교체한다.
    • $ exec ls -l
  • fork()
    • 프로세스가 fork() 를 호출하여 프로세스를 생성한다.
    • 호출한 프로세스를 복제하는 방식으로 새로운 프로세스를 생성한다.
    • 부모 프로세스의 메모리 락과 세마포어, 비동기 I/O 등은 상속되지 않는다.
  • fork() 와 exec() 를 통한 프로세스 생성 과정
    1. fork() 를 통해 부모 프로세스를 복제하여 자식 프로세스가 생성된다.
    2. exec() 를 호출하여 자식프로세스의 프로그램으로 교체된다.
    3. 자식 프로세스가 exit() 를 호출하면 부모 프로세스는 wait() 시스템 콜을 통해 자식 프로세스의 종료 코드를 회수한다.

  • 🧷 프로세스의 구조를 확인하려면? → pstree

    $ pstree

프로세스 제어하기

  • 포어그라운드 프로세스
    • 사용자가 명령어나 프로그램을 실행하면 프로세스가 실행되는 사이에 셸은 블록이 되는 프로세스
    • 사용자의 입력을 받을 수 있고, 그 실행 결과를 터미널이나 그래픽 유저 인터페이스를 통해 확인할 수 있다.
  • 백그라운드 프로세스
    • 명령어의 수행결과를 받기까지 오래걸릴 때 백그라운드에서 프로세스를 실행할 수 있다.
    • 명령어 뒤에 ‘&’ 를 붙인다.

    • ‘[’ 와 ‘]’ 사이의 숫자는 작업 번호이며, 그 뒤 숫자는 PID 이다.

        $ ls ch*.ppt &
  [1] 12131
  • 포어그라운드 프로세스와 백그라운드 프로세스 전환

    • ctrl + z 를 입력하여 프로세스를 서스펜드한 후 bg 명령어로 백그라운드를 실행한다.

        $ [CTRL^Z]
  $ bg
    • 현재 실행중인 작업 정보를 보려면? → $ jobs

    • 백그라운드 프로세스를 다시 포어그라운드 프로세스로 돌리려면? → fg

      $ fg %1

  • 우선 순위의 설정
    • PR(Priority) : 리눅스 커널에 의해 관리되고 설정된다.
      • 0~139의 값을 가진다.
      • 0~99는 실시간 태스크에, 100~139는 사용자에게 할당된다.
    • NI(Nice) : 사용자가 우선순위를 조절한다.
      • nice 명령어로 프로세스 시작 시 설정할 수 있다.
      • renice 명령어로 프로세스 실행 중 조절할 수 있다.
      • -20~19까지 할당되지만, 음수 값은 root 사용자만 설정할 수 있다.

프로세스 중지하기

  • Ctrl + C : SIGINT 시그널을 해당 프로그램에 보내는 동작이다.
  • kill 명령어
    • 인자에 프로세스의 PID를 지정하면 해당 프로세스를 종료한다.
    • 사용자는 사용자가 직접 생성한 프로세스만 kill 할 수 있다.
    • root 사용자는 시스템 프로세스를 kill 할 수 있고, 다른 사용자가 생성한 프로세스를 kill 할 수 있다.

    • 특정 시그널을 옵션으로 지정할 수 있다.

      🧷 시그널 : 다른 프로세스에게 어떤 의미를 담은 신호를 주기 위한 방식

      예 : $ kill -SIGKILL 50123

      시그널 번호시그널 이름설명
      1SIGHUP터미널의 접속이 연결이 끊어질 때 보내는 시그널
      2SIGINTCtrl + C 를 통해 인터럽트 발생 시
      3SIGQUITCtrl + \ 입력 시
      9SIGKILL프로세스를 강제 종료 시
      15SIGTERM프로세를 정상 종료 시
      18SIGCONTSTOP 시그널을 통해 정지된 프로세스를 다시 재개할 때
      19SIGSTOP프로세스를 중지할 때
      20SIGTSTP프로세르를 대기하기 위해 Ctrl + Z 를 입력 시

프로세스 상태

  • 프로세스 상태 코드

    상태 코드설명
    R프로세스가 현재 실행 중
    DI/O와 같은 인터럽트할 수 없는 슬립(sleep) 상태
    S특정 이벤트가 시그널될 때까지 기다리기 위한 인터럽트가 가능한 슬립 상태
    Z좀비 프로세스
    T중지 상태

  • ps , top 명령어로 프로세스의 상태를 확인할 수 있다.

프로세스 구조

  • PDB(Process Control Block)
    • 프로세스를 실행하고 스케줄링하고 상태가 변경될 때마다 그 정보를 저장하기 위해 커널에서 PCB 로 프로세스에 대한 정보를 관리한다.

프로세스 간 통신

  • 프로세스 간 통신(IPC, Inter-Process Communication) : 서로 다른 프로세스들이 데이터를 주고 받거나 실행순서를 조정하는 등의 동기화 작업을 위해 시스템에서 제공하는 메커니즘
  • 프로세스 간 통신의 유형 ### 프로세스 간 통신(IPC, Inter-Process Communication)
    서로 다른 프로세스들이 데이터를 주고받거나 실행 순서를 조정하는 등의 동기화 작업을 위해 시스템에서 제공하는 메커니즘이다.

📌 프로세스 간 통신의 유형

  • 파이프 (Pipe)
    • 두 개의 프로세스 간 파이프를 연결하여 단방향 통신을 수행한다.
    • 하나의 프로세스가 데이터를 파이프에 쓰면, 다른 프로세스는 파이프로부터 데이터를 읽을 수 있다.
  • 메시지 큐 (Message Queue)
    • FIFO(First-In, First-Out)의 자료구조를 갖는 메모리 공간을 통해 여러 프로세스 간에 데이터를 주고받을 수 있다.
  • 공유 파일 (Shared File)
    • 여러 프로세스 간 동일한 파일에 데이터를 읽기, 쓰기를 함으로써 프로세스 간 통신을 구현한다.
  • 공유 메모리 (Shared Memory)
    • 여러 프로세스 간 동시에 데이터를 읽고 쓸 수 있는 메모리 영역을 공유한다.
  • 세마포어 (Semaphore)
    • 다수의 프로세스 간 실행 순서를 조정하고 임계영역을 보호하기 위한 동기화 객체이다.
  • 소켓 (Socket)
    • 네트워크 연결의 양 끝단을 소켓이라고 하며, IP 주소와 포트 번호 등의 속성을 가진다.
    • 이를 통해 통신 채널을 형성하여 프로세스 간 통신도 가능하다.
  • 시그널 (Signal)
    • 특정 이벤트나 상태를 다른 프로세스에 전달하는 비동기적 통신 방법이다.
  • lsipc , ipcs 명령어로 관련 정보를 조회할 수 있다.
  • 프로세스 테이블
    • 시스템에서 실행중인 모든 프로세스를 관리한다.
    • 현재 실행 중인 프로세스의 PID 와 프로세스의 정보를 담고 있는 PCB 를 담고 있다.
    • 프로세스 종료 시 프로세스 테이블에서도 삭제된다.

☑️ 데몬

데몬 실행 방식

  • standalone 방식
    • 사용자의 요청 없이 시스템 시작 시 자동으로 시작해 백그라운드에서 대기한다.
    • 클라이언트 요청 시 즉각적으로 서비스를 제공한다.
    • 사용하지 않을 때에도 메모리를 점유하고 있어서 비효율적이다.
    • 서비스의 요청이 빈번할 경우 적합하다.
    • /etc/systemd/system 에 .service 로 끝나는 데몬 스크립트가 위치한다.
    • 스크립트의 [Install] 섹션을 통해 시스템 시작 시 실행할 타켓을 명시할 수 있다.
  • xinetd (eXtended InterNET) 방식
    • 시스템 시작 시 xinetd 를 standalone 방식으로 실행하고 사용자의 서비스 요청이 있을 때만 관련 데몬을 시작하여 서비스를 제공한다.
    • 사용자의 접속이 종료되면 데몬도 자동으로 종료된다.
    • 데몬이 필요할 때 로드되어 자원 효율이 좋지만 standalone 방식 대비 상대적으로 느리다.
    • 서비스의 요청이 빈번하지 않을 때 유리하다.
  • systemd의 온디맨드(on-demand) 방식
    • systemd 는 xinetd 방식과 같은 데몬 실행 방식을 제공하며, 이를 온디맨드 방식이라고 한다.
    • systemd 에서 온디맨드로 데몬을 실행하기 위해 소켓 파일과 서비스 파일이 필요하다.

데몬 시작하기

  • systemd 를 통해 데몬 시작하기
    • systemd 는 유닛 단위로 서비스를 관리한다.
      • 시스템에 로드된 모든 유닛을 확인하려면? → list-units
      • 서비스 타입의 유닛만을 확인하려면? → -t 옵션 사용
      • 로드되지 않은 유닛까지 확인하려면? → --all 옵션 사용
      • $ systemctl list-units -t service

    • 설치된 모든 유닛 파일을 보려면? → list-unit-files

      $ systemctl list-unit-files -t service | grep httpd

    • 데몬의 실행을 중지한다.

      # systemctl stop httpd.service

    • 데몬의 실행을 시작한다.

      # systemctl start httpd.service

    • 데몬을 재시작한다.

      # systemctl restart httpd.service

    • 데몬의 환경설정 파일을 갱신한다.

      # systemctl reload httpd.service

    • 데몬의 환경설정 파일을 갱신 후 재시작한다.

      # systemctl reload-or-restart httpd.service

    • 데몬의 상태를 확인한다.

      # systemctl status httpd.service

  • systemd 를 통해 원하는 타겟 실행 시 데몬 시작하기

    • 부팅 시 서비스가 시작할 수 있도록 서비스를 등록한다.

      $ sudo systemctl enable httpd.service

      • 심볼릭 링크가 생성된다.

    • 서비스를 해제하면 생성되었던 심볼릭 링크도 함께 삭제된다.

      $ sudo systemctl disable httpd.service

    • 서비스의 시작 타겟을 변경하기 위해 service파일의 [Install] 섹션을 수정한다. 수정 후 systemctl 명령어로 enable 하면 변경된 설정으로 service를 등록한다.

데몬 실행 설정 도구

  • systemctl

    • 원격지에 있는 서비스를 재시작한다.

      # systemctl -H root@192.168.100.100 restart httpd.service

    • 원격지에 있는 서비스의 상태를 확인한다.

      # systemctl -H root@192.168.100.100 status httpd.service

    • 서비스의 CPU 사용량 및 메모리 사용량을 제한한다. (-runtime 옵션을 사용하여 일시적 적용 가능)

      # systemctl set-property httpd.service CPUShar=600 MemoryLimit=400M

    • 현재 연결 대기 중인 소켓 목록을 확인한다.

      $ systemctl list-sockets

    • 지정한 유닛에 대한 의존 관계를 출력한다.

      $ systemctl list-dependencies httpd.service

    • 부팅하면서 시작 실패한 데몬을 확인한다.

      $ systemctl --failed

  • systemd-cgtop
    • cgroup(control group)에 속한 데몬에 대한 CPU 사용률, 메모리 사용량, I/O 입출력에 대한 실시간 정보를 제공한다.
  • systemd-cgls
    • cgroup에 대한 정보를 계층적으로 출력한다.
    • 하나의 유닛에 여러 프로세스가 포함될 수 있음을 확인한다.
  • systemd-analyze
    • 부팅 시 걸린 시간을 확인한다.

    • blame 옵션을 사용하여 각 서비스의 시작시간을 확인할 수 있다.

      $ systemd-analyze blame

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