다다

프로세스를 이해해보자 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------

여러분이 게임을 즐기기위해서 어떤 실행파일과 그에 관련된 제반 파일들을 프로그램이라고 한다.

이제 실행을 위해서 실행파일을 더블클릭한 순간 프로그램의 실행을 위해서 메인메모리(RAM)에 할당이 이루어지 이고 이 메모리 공간에 바이너리 코드가 올라가면서 프로그램은 프로세스라고 불리게 된다. 

즉 프로세스랑 실행중에 있는 프로그램을 의미한다.

프로세스가 되면 메인메모리에 프로세스를 위한 메모리 공간이 할당되며 메모리 공간의 구조는 다음과 같다.

프로세스의 메모리 구성 ---------------------------------------------------------------------------------------

CODE 영역 : 실행파일을 구성하는 명령어들이 올라가는 영역

DATA 영역 : 전역변수나 STATIC 변수의 할당을 위해서 존재하는 영역

HEAP 영역 : 동적할당을 위해서 존재하는 힙영역

STATK 영역 : 지역변수 할당과 함수호출시 전달되는 인자값들의 저장을 위해서 존재하는 영역

이중 STATK 영역은 점점 위로 차오르고(함수호출이 많아지게 되면) HEAP 영역은 (동적할당이 많아질수록)아래로 증가하게 된다.

프로세스와 CPU레지스트 --------------------------------------------------------------------------------------

프로그램 실행을 위해서는 레지스터들이 절대적으로 필요하며, 어떤 프로그램을 실행하면 CPU의 레지스터들은 현재 실행중인 프로그램을 위한 데이터들로 채워진다. 그러므로 레지스터의 상태또한 프로세스의 일부로 포함시켜서 말할수가 있다.

프로세스의 스케줄링과 상태변화---------------------------------------------------------------------------------

윈도우프로그램을 생각해보면 동시에 여러개의 프로그램이 실행되기도 합니다. 게임을 하면서 음성채팅을 할수도 있고 메신저를 동시에 켤 수도 있는 이유는 무엇일까?

이유는 간단하다. CPU가 여러개의 프로그램을 사용자가 느낄 수 없을 정도로 고속으로 번갈아가며 실행시킨다. CPU란 기본적으로 순차적으로 진행된다. 그러므로 여러개의 프로세스가 실행중이라고 해서 세개의 프로세스가 CPU를 동시에 차지하고 실행되는 것은 아니다.

그렇게 되면 A B C의 세가지 프로세스가 실행중이라고 할때 어떤 순서로 어떻게 실행될까를 결정해야 한다.

이렇게 프로세스의 CPU할당 순서 및 방법을 결정짓는 것을 스케줄링(Scheduling)이라고 한다.

그리고 이때 사용하는 알고리즘을 스케줄링 알고리즘(Scheduling Algorithms) 이라고 한다.

이러한 스케줄링은 소프트웨어적으로 동시에 프로세스를 실행할 수 있는 운영체제마다 구현되어 있다.

프로세스의 상태 ----------------------------------------------------------------------------------------------

프로세스에서 하는 가장 큰 일중 하나는 I/0(입력 및 출력)이다. 자신에게 할당된 메모리에 입력과 출력을 하는 동안 CPU가 쉴수는 없으므로 스케줄러를 통해서 다른 프로세스가 실행되도록 한다. 즉 CPU가 잠시도 쉬지않게 하기 위해서 지속적으로 프로세스의 실행순서를 조정해야 한다.

이를 가능하게 하는 것은 프로세스의 상태를 주는 것이다.

이 상태를 구분짓자면 Start, Ready, Running, Blocked, Exit의 세가지 상태가 있다.

A B C라는 프로세스가 있을때 각 프로세스는 Start와 동시에 Ready상태에 들어간다. Ready상태는 스케줄러에게 실행되기는 요청하고 있는 상태라고 보면 된다. 그리고 Ready상태는 스케줄러에게 관리되고 있다는 것을 의미하기도 한다.

스케줄러는 각 Ready상태의 프로세스중 하나를 선택하여 Running상태로 변경한다. 이 Running상태가 되어야 프로세스가 실행되고 있다고 볼 수 있다. 

하지만 하나의 프로세스가 Running이라는 것은 다른 프로세스들은 Ready상태라는 것을 의미하고 각 프로세스가 스케줄링 알고리즘에 의해서 언젠가는 Running상태가 되어야 한다는 것을 의미한다. 그리고 각 프로세스마다 그에 대한 순서가 필요하다. 순서가 없다면 프로세스들이 뒤죽박죽으로 실행될 것이기 때문이다.

이러한 현재 Ready상태의 프로세스들의 Running이 되어야할 순서를 우선순위(Priority)라고 한다.

마지막으로 Blocked상태는 이름처럼 프로세스가 실행을 멈추는 상태다. 일반적으로 데이터 입출력에 관련된 일을 하는 경우에 발생한다.

이렇게 한 프로그램이 Blocked상태에 들어가면 이 시간중에는 CPU가 쉬게 할수 없으므로 현재 Ready인 녀석중 한녀석을 선택해서 Running상태로 변경해 줘야 한다.

그리고 이런 Blocked상태에서 종료를 하게 되면 Exit 즉 프로세서가 소멸된 상태가 된다    

그림으로 보자면 이와 같다.

컨텍스트 스위칭 ----------------------------------------------------------------------------------------------

-- 프로세스와 CPU레지스트 항목중에서 --

프로그램 실행을 위해서는 레지스터들이 절대적으로 필요하며, 어떤 프로그램을 실행하면 CPU의 레지스터들은 현재 실행중인 프로그램을 위한 데이터들로 채워진다. 

라는 구분이 기억나는가? 당연히 CPU는 현재 프로세스되는 녀석들의 데이터를 가지고 있어야 한다. Ready상태인 프로세스는 언젠가는 Running상태가 되어야 하고 당연히 이때 CPU는 Running상태의 프로세스의 데이터들로 채워져야 한다.

그를 위해서 이와 같이 메모리에 있는 프로세스의 데이터를 교체하는 것을 컨텍스트 스위칭이라고 한다.

하지만 이렇게 헤지스터의 데이터를 통채로 교체하는 작업은 당연히 CPU에 큰 부담을 주므로 프로그래머라면 자신이 개발하는 프로그램의 성격에 따라서 이를 고려하여 프로그래밍 해야 한다.

내가 직접 다이렉트로 CPU에게 일을 시켜보려면? -----------------------------------------------------------------

1. 프로그래머가 직접 CPU의 시스템을 디자인해야 한다.

2. 프로그래머가 CPU를 디자인한다는 것은 CPU의 구성요소 중에서 레지스터와 매우 밀접한 관계가 있다.

2-1. 레지스터를 몇비트로 구성할 것인가?

2-2. 몇개 정도로 레지스터를 구성할 것인가?

2-3. 레지스터를 무슨 용도로 사용할 것인가?

여기에서는 레지스터를 R0부터 R7까지 사용한다고 생각하고 시작해 보겠습니다.

결론은 CPU에게 어떠한 일을 시킬수 있는 명령어를 만들어야 한다.

명령어는 모두 2진수로 이루어진다 ------------------------------------------------------------------------------

CPU에 명령을 하기위해서는 덧셈 뺄셈등도 2진수로 정의해야 합니다.

001 덧셈 ADD

010 뺄셈 SUB

011 곱셈 MUL

100 나눗셈 DIV

 그리고 이런식으로 되는거죠

8086 지시어

결과건 과정이건 결국에는 어딘가에 저장되어야 한다. --------------------------------------------------------------

R0부터 R7까지 명령어가 있다면 결국 그녀석들도 데이터가 됩니다. 어딘가에 저장되어야 하는데 결국 레지스터입니다.

R0 000

R1 001

R2 010

R3 011

R4 100

R5 101

R6 110

R7 111

이런식으로 레지스터를 표현합니다.

이를 조합해보면 

ADD R2 R1 7식으로 표현이 됩니다. 풀어보자면

   ADD    R2    R3   0111

    001    010   011   111

  더해라 R2에 R3과  7을 더한 결과를 저장해라

  식으로 표현이 됩니다.

RISC CISC. ----------------------------------------------------------------------------------------------

CPU의 명령어 체계는 

복잡하지만 다양한 명령을 내릴수 있는 CISC구조

RISC 짧고 규격화된 길이를 가진 명령어를 빠르게 처리하게 만들어진 RISC구조가 존재합니다.

RISC 구조는 짧고 자주쓰이는 명령어를 규격화시켜서 사용하기 때문에 한 클럭당 2개 이상의 명령어를 동시 처리가 가능하다고 합니다.

LOAD STORE명령어 ------------------------------------------------------------------------------------------

LOAD : 레지스터와 메인메모리 사이에서 데이터를 전송할 수 있는 명령어중 메인메모리에서 레지스터로 데이터를 옮기는 명령어.

STORE : LOAD와 반대로 레지스터에서 메인메모리로 데이터를 옮기는 명령어.

DIRECT INDIRECT명령어 -------------------------------------------------------------------------------------

LOAD나 STORE명령어는 주소값을 써넣을수 있는 공간이 적어 메인메모리의 모든 공간을 다 지정할수가 없습니다.(말그대로 물리적인 한계)

그래서 DIRECT는 말그대로 레지스터에서 가리킬수 있는 주소공간을 그대로 지정하는 방식이고

INDIRECT모드는 그에 한단계를 더했다고 보면 됩니다. 레지스터에 쓰여져있는 주소에 저장된 주소값을 통해서 LOAD STORE명령을 수행하는 방식입니다. (즉 메모리 공간이 주소를 저장하고 그 값을 참조해서 다른 메모리의 값을 참조하게 됩니다.)

64비트 컴퓨터란? ---------------------------------------------------------------------------------------------

컴퓨터의 모든 연산처리를 주소값(가상이건 물리적이건) 데이터는주소가 붙고 당연히 그 주소의 값은 0과1로 이루어진 2진데이터 입니다. 32비트 컴퓨터라는 것은 0과 1로 이루어진 숫자들을 주소로 사용할때.

0x00000000000000000000000000000000으로 주소를 표현할수 있는 녀석을 말합니다.

그럼 64비트 컴퓨터란?

0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 이만큼으로 주소를 표현할 수 있는 녀석을 의미합니다.

보면 간단해 보이지만 이것이 실제 프로그램등에 무슨 영향을 끼치는지 알아봐야 합니다.

메인메모리인 RAM에 있는 데이터를 불러오거나 할때 XX번지에 있는 데이터를 가져와! 라고 CPU가 명령을 내리는데 이때 이 XX번지의 한계가 32비트임을 의미합니다. 32비트로 표현할수 있는 주소값의 한계는 4GB인거죠. 즉 우리가 램을 8기가를 달아봐야 주소값으로 4GB까지의 주소만 표현할수 있기 때문에 나머지 4기가는 버려야 합니다. 32개의 비트가 0x11111111111111111111111111111111 까지 주소를 표현하면 주소값에 대한 물리적 한계에 도달하는 것입니다.

그래서 나온게 64비트입니다. 이 녀석은 말그대로 0x1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 까지 주소를 표현할 수 있죠 무려 16테라까지 주소를 표현할수가 있습니다.

물론 단순히 주소만이 아닙니다. 한번에 전달받고 처리할수있는 비트가 32비트이냐 64비트이냐는 굉장히 큰차이 이며 CPU의 처리능력 역시 향상되게 됩니다. 

대체 뭐가 달라지는거지? --------------------------------------------------------------------------------------

C++에서 포인터는 컴퓨터의 능력에 따라서 그 크기가 달라집니다. 32비트 컴퓨터에서는 4바이트였던 녀석이지만 64비트에서는 당연히 그 2배인 8바이트로 증가하게 됩니다.

단순히 용량만 증가하는 것이 아니라 그에 맞는 자료형 또한 정의되어야 합니다. __int64는 정수형 int를 대체하고 8바이트를 차치하게 됩니다. 하지만 모든 컴퓨터가 64비트 컴퓨터는 아니므로 필요에 따라서 유동적으로 프로그래밍이 가능하게 구성해야 합니다. 역시나 매크로를 사용하면 손쉽게 표현이 가능해 집니다.

#if definde(_WIN64)

 typedef    __int64    LONG_PTR;

 typedef    unsigned __int64    LONG_PTR;

 typedef    __int64    INT_PTR;

 typedef    unsigned __int64    UINT_PTR;

#else

 typedef    long    LONG_PTR;

 typedef    unsigned long    LONG_PTR;

 typedef    int    INT_PTR;

 typedef    unsigned int    UINT_PTR;

#endif

식으로 상황에 맞춰서 사용이 가능하게 해야합니다.