1. Process Management : Namespace 내용
   Namespace의 기본 개념을 번역함. 
   Namespace concept (Professional Linux kernel architecture)

2. namespace 실습
  // 검색을 해봤는데, 와닿을 만한 예제를 찾지 못했다. 검색어를 잘못 선정했나.. 
 // unshare() 함수 사용의 예제 임.
 Reference site : http://glandium.org/blog/?p=217

                        http://www.debian-administration.org/articles/628
 
unshare() system call로 새로운 namespace를 만들고 확인해보는 실습이다. 


위의 소스를 살짝 설명을 하자면, 
일단 unshare system call은 root permission이 없으면 수행을 하지 못한다.  현재 실행하고 있는 UID의 값이  root(UID == 0)가 아니면 실행을 중단한다. 
shell 에서 (geteuid 는 effective uid 값을 가져오는 함수임)
$ man 2 geteuid
하면 자세한 정보가 나온다. 

일단 root permission으로 실행되었다면, unshare system call에 CLONE_NEWNS flag와 함께 호출한다. 새로운 namespace를 생성하는 과정임(현재 process에서 fork 하여 생성된 child process인 경우에만 아래의 코드를 실행한다.)
 
코드를 구현하고,
$ gcc -o newns newns.c (위의 소스 파일 이름이 newns.c 이다)

 
위의 terminal의 명령 순서를 설명하면,
나의 경우에 ~/work/namespace/ 하위에 first와 second file을 만들고 각각 first 에는 "FIRST" 문자열을 second 에는 "SECOND" 문자열을 기록 해두었다.

$ sudo ./newns 를 통해 새로운 namespace를 만들고
$ mount -n --bind second first

(참고로, mount 의 --bind 옵션은 심볼릭 링크 파일을 파일로 인식하는 FTP 에서 링크 대신 마운트를 시킴으로써 링크와 비슷한 역할을 할 수 있도록 하는 것이다.)

$ cat first

first 파일의 내용을 보면 "SECOND"라고 나온다. 하지만 또 다른 터미널을 하나 더 연 다음에,
같은 디렉토리로 이동 후 같은 파일의 내용을 보면,

<another terminal>
$ cat first
FIRST
라고 나온다.

Namespace의 간단한 예제 이며, 조금 더 참고하거나 해볼 만한 예제가 있다면 올리도록 할 것이다.  

저작자표시 비영리 변경금지

'Development Tip' 카테고리의 다른 글

Ubuntu 11.10 application : Terminator  (0) 2012.02.20
Android git mirror site  (0) 2011.09.30
VMware Server Ver2.0.X : [Solved] VMware tools install fail  (0) 2011.03.16
Kernel source 보는 방법(site 및 tool)  (0) 2011.02.24
Eclipse Git Repository Plugin (Egit)  (0) 2010.12.31
VMware Server version을 깔고 screen size 조정 및 vmware와 host 간에 copy & paste(사실 이게 가장 불편하다.) 같은 것들이 되려면, vmware-tools를 설치해야 한다. 
OS 는 ubuntu 10.10 이다.

그럴려고 install vmware tools 를 클릭해서 CD가 mount되면 VMware...tar.gz 를 복사하고 압축불면, 인스톨 script를 실행한다. 물론, 
 https://help.ubuntu.com/community/VMware/Server 이 사이트를 참조해서 kernel header 설치를 해주었다. 
 $ sudo apt-get install build-essential linux-headers-`uname -r`
하지만,
The directory of kernel headers (version @@VMWARE@@ UTS_RELEASE) does not match
your running kernel (version 2.6.35-22-generic). Even if the module were to
compile successfully, it would not load into the running kernel.
  에러가 뜨길래, /usr/src/ 디렉토리를 보니, linux-headers-2.6.35.22 와 linux-headers-2.6.35.22-generic 만 있었다. 그래서 install tool이 요구하는데로 /usr/src/linux/include 를 맞춰주기 위해 위의 디렉토리를 linux로 링크 해줬다. 물론 /usr/src/ 하위에 디렉토리는 결국 같은 거니깐,
$ cd /usr/src $ sudo ln -s /usr/src/headers-2.6.35.22-generic linux
를 해줬음에도 불구하고 또!!! error가 나는 것이다. 검색을 하다보니, VMware workstation 7.1.3 버전 부터는 알아서 해준다는 말이 있긴한데 더 검색을 해보았다.
다른 해결책이 있었다. ubuntu 10.10 을 설치했다면, apt-get 으로 vmware tools를 설치 할 수 있는 것이다. ㅋ
명령어는,  $ sudo apt-get install --no-install-recommends open-vm-dkms $ sudo apt-get install open-vm-tools $ sudo reboot
요렇게 해주면, vmware에서 내가 가장 원하던 copy & paste 가 잘된다!  
저작자표시 비영리 변경금지

'Development Tip' 카테고리의 다른 글

Android git mirror site  (0) 2011.09.30
Per-process Namespace  (0) 2011.03.16
Kernel source 보는 방법(site 및 tool)  (0) 2011.02.24
Eclipse Git Repository Plugin (Egit)  (0) 2010.12.31
Free Repository 제공 사이트 소개(SVN, Git)  (0) 2010.12.30
2.3.1 Process Types
 일반적인 Unix process는 binary code로 구성되고 chronological(연대순의, 번역하기가 어려운 단어라..) thread (컴퓨터는 한시점에 코드를 통해 한시점에 하나의 경로로 실행하는 의미의 말) 그리고 application에게 할당된 자원의 셋(메모리, 파일 등)을 가진 것이다. 새로운 process들은 fork와 exec 시스템 콜의 조합으로 생성된다. 

□ fork 는 현재 process를 복제하여 생성한다. 이 복사본은 child process라 불린다. 원래의 process의 모든 자원은 적절한 방법으로 복사되어 시스템 콜 이후에 최초 process의 독립적인 두개의 객체가 있게 된다. 이 객체들은 어떤 방법으로 연결되어 있진 않지만, 열린 파일, 같은 작업 디렉토리, 메모리의 같은 데이터(data의 복사본을 각각 가지고 있게됨) 등을 가지고 있다. 

□ exec 는 수행중인 process를 실행 가능한 binary 파일로 부터 다른 application 을 로드한다. 결국 새로운 program을 로드한다는 말이다. exec 은 새로운 process를 생성하지 못하기 때문에 fork 시스템 콜로 process를 새로 복사한 후, 시스템에 추가적인 새로운 application을 생성하기 위해 exec을 호출한다. 

Linux는 위 두개의 system call 이외에 추가적인 clone 시스템 콜을 제공한다. 원칙적으로는 clone 은 fork와 같은 방식으로 구동된다. 하지만 새로 생성된 process는 그것의 parent process와 완전히 독립적이지 않으며 parent와 몇몇 자원은 공유한다. 이 시스템 콜은 어떤 자원은 복사되고, 어떤 자원은 공유하게 하는지에 정의가 가능하다.-예를 들면, memory에 있는 data, 열린 파일들, signal handler등이 있다. 

clone은 tread를 구현할 때 사용된다. 그렇지만 thread를 수행하기 위해서는 이것만 가지고는 할 수 없다. user level에서 완전히 실행되기 위해서는 라이브러리들이 필요하다. 예를 들면, Linuxthreads 와 Next Generation Posix Threads와 같은 라이브러리 들이다. 
저작자표시 동일조건

'Linux Kernel Study' 카테고리의 다른 글

Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3.3  (0) 2011.07.28
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3.2  (0) 2011.03.09
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3  (0) 2011.02.24
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.2.1  (0) 2011.02.23
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.2  (0) 2011.02.22
1. Linux Cross Reference site 이용
 
사이트에 접속하면 빨간 박스를 클릭하여 최신 버전의 소스 최상위로 진입할 수 있다. 

선택후, 

빨간 동그라미 부분을 클릭하면 버전별 소스 트리를 선택할 수 있다. 일단 2.6.37.1 최신버전을 선택
그리고 바로 옆 search 박스에서 테스트로 "task_struct" 를 입력하고 search 버튼을 누른다. 

찾은 "task_struct" 두가지로 분류되어 있다. "Extern or forward variable declaration"(위의 그림) 과 "Structure"(아래 그림)
include/linux/sched.h 를 클릭하여 소스를 보도록 하자.

위와 같이 소스를 볼수가 있다. include file이나 각종 변수 및 선언된 내용(파란색 글)은 모두 클릭하여 연결된 소스를 웹에서 볼수가 있다. 

2. Program의 이용
분석툴로는 Linux 에서는 vim + ctags + cscope 방법과 Window에서 사용하는 SourceInsight 가 있다.(물론 유료버전임.. 30일 무료버전을 다운받아 사용해보는 것을 추천한다.) 

이미 내용을 잘 써놓은 블로그가 검색하면 쫙 나오기에.. 검색해보고 찾은 것중 참고할 만한 글을 링크합니다. 

a. http://sosal.tistory.com/11 커널 분석기(vim+ctags+cscope) 정리한 블로그 입니다. 
b. sourceInsight 사용법 : http://wizlog.net/60 (시작하기에 좋은 참고 블로그입니다.)
  - 한글 주석 입력방법 : http://jany.tistory.com/47

3. Get Linux Kernel Source
Web Browser : www.kernel.org
빨간 박스는 최신버전을 바로 다운로드 할 수 있는 링크임.

국내 미러 사이트의 주소는 
여기서 v숫자(ex. v2.6) 를 클릭하여 들어가면 관련 버전의 소스를 다운받을 수 있다. 

Console에서는 
wget을 이용한다.(없으면 설치해야함. ubuntu는 "sudo apt-get install wget" 하면됨.

$ wget -c http://<mirror site>/pub/linux/kernel/v2.6/linux-<version>.tar.bz2

version은 linux-2.6.23.7.tar.gz 이런 식으로 입력하면 됩니다. 
저작자표시 비영리 변경금지

'Development Tip' 카테고리의 다른 글

Android git mirror site  (0) 2011.09.30
Per-process Namespace  (0) 2011.03.16
VMware Server Ver2.0.X : [Solved] VMware tools install fail  (0) 2011.03.16
Eclipse Git Repository Plugin (Egit)  (0) 2010.12.31
Free Repository 제공 사이트 소개(SVN, Git)  (0) 2010.12.30
Chapter 2, Process Management and Scheduling

2.3 Process Representation
Process와 program에 관련된 Linux Kernel의 모든 알고리즘은 include/sched.h 에 정의되어 있는 task_struct 라는 data 자료구조 내부에 있다. 이 자료구조는 시스템의 중심적 역할은 하는 것들 중에 하나이다. scheduler의 구현부를 다루기 전에, 이 기본적인 자료구조를 알아야 한다. 

task 구조체는 많은 process를 연결하는 요소들을 포함하고 있다. 구조체 내부의 요소들을 잘 알지 못하고는 차후에 나오는 내용을 이해시키기는 어려울 것이다. 

task 구조체는 다음과 같이 정의되어 있다.

task_struct 소스 내용을 모두 넣는 것이 쓰는 사람도 읽는 사람도 불편할 것이니 다른 방법을 사용한다. 물론, 필요한 부분은 넣어야겠지..


task_struct 의 링크는 
이다. 링크에서 보는 바와 같이 2.6.37.1 version 의 소스이다. 책의 내용과 조금 차이가 있을 수 있다. 

소스를 보면 알겠지만, 이 구조체의 많은 정보를 다 소화하기란 어려운 일일 것이다. 그렇지만, 이 구조체를 process의 특정 한 상태를 표현하는 등의 부분 부분으로 나누어 본다면 조금 수월할 것이다. 

□ Process 상태 및 실행 정보 : 지연된 signal, 사용된 binary 포멧(또한 다른 시스템의 binary 포멧을 위한 emulation 정보 등), process ID(pid), 자신의 부모 process 및 관련 process의 연결 포인터, 우선순위 값, 마지막으로 program을 실행한 시간 정보(CPU time)

□ 할당된 가상 메모리(virtual memory) 정보

□ process 자격 : user ID, group ID, process가 특정 명령을 수행할 권한 정보 등. System call 을 통해 process 정보등을 확인 하고 변경할 수 있다. 

□ 사용된 file : program code를 포함하는 binary file 뿐만 아니라 process가 다루는 모든 file의 filesystem 정보는 저장해야한다. 

□ Thread 정보, process의 CPU 관련 runtime data 를 기록하게 됨.(그 외 남은 구조체의 field 는 사용된 하드웨어와 의존적이지 않다 - stack 정보같은 것인듯.)

□ 다른 process와 함께 같이 작업할 때, Process간 통신(Interprocess Communication)에 대한 정보

□ process가 signal에 응답하기 위해 등록한 signal handler

task 구조체는 간단하게 값들이 구성되어 있지 않다. 각종 data를 연결하기 위한 포인터 등으로 구성되어 있다. 중요한 변수들 몇몇을 자세히 설명해본다. 



state 는 process의 현재 상태를 기술한다. (volatile long으로 선언됨) 

□ TASK_RUNNING : Task가 수행 가능한 상태이다. 이것은 실제 CPU에 할당되어 수행중이라는 것은 아니다. scheduler에 의해 선택될 때까지 이 task는 기다릴 수 있다. 이 상태는 process가 실행 가능한 상태이며 외부 event를 기다리고 있지 않다는 것이다. 

□ TASK_INTERRUPTIBLE : 어떤 event를 기다리는 잠자고 있는(sleeping) process를 위한 설정이다. 기다리던 event가 발생하게 되면, 이 상태는 TASK_RUNNING 으로 변경되면 scheduler에 의해 선택되면 바로 실행이 가능하게 된다. 

□ TASK_UNINTERRUPTIBLE : kernel의 명령으로 잠들어 있는 process를 disable 시킨 상태. kernel이 직접 해제하지 않는다면, 외부 signal에 의해 깨어나 수행할 수 없다.

□ TASK_STOP : process가 특정목적을 위해 멈춰있는 경우이다.(예를 들면, debugger의 break point에서 멈추게 함.)

□ TASK_TRACED : 이 process의 상태는 ptrace 매커니즘을 이용해 process가 특정 시점에서 trace되고 있는 상태로 일반적인 STOP 된 task와 구별하기 위함이다. 

이 다음에 나오는 상수는 종료되는 process의 상태를 나타내준다. 이것은 exit_state 항목에 저장된다.
□ EXIT_ZOMBIE : 2.2 에서 설명된 zombie 상태를 나타낸다.

□ EXIT_DEAD : 시스템에서 완전히 제거되기 전에 parent process에서 알맞은 wait system call을 호출한 뒤의 process 상태. 이 상태는 하나의 task 안에서 여러 개의 thread가 수행될 때 중요하게 사용되는 상태이다. 

Linux는 process의 시스템 resource 사용 제한을 위해 resource limit (rlimit) 메커니즘을 제공한다. 이 메커니즘은 task_struct 안에 signal 구조체 포인터가 있다. process signal 관리를 위한 구조체 내부에 rlim이라는 배열이 존재한다. ( 아마 책에는 task_struct 내부에 rlim 배열이 있다고 하는데, 소스를 보니 task_struct --> singal_struct *signal-->struct rlimit rlim[] 로 되어 있다.)

rlimit 구조체는 include/linux/resource.h 에 정의되어 있다. 

이 정의(definition)은 다른 많은 resource를 수용하기 위해 매우 일반적으로(?) 유지된다. 
□ rlim_cur : process의 현재 자원 제한. 이것은 soft limit 로 참조된다.
□ rlim_max : process가 허가된 최대 자원의 제한. 이것은 hard limit 으로써 참조된다.

setrlimit system call은 현재 자원제한을 증가시키거나 감소시키는데 사용한다. 그렇지만 이 값은 rlimt_max 값을 초과할 수 없다. getrlimit system call로 현재 limit 값을 확인 할 수 있다. 

이 제한적인 자원은 rlim 배열의 index로 자신의 위치를 확인 할 수 있는데, 이것은 kernel에서 상수값으로 미리 정의를 해두어 연결된 자원과 배열의 위치를 연결했다. Table 2-1을 보면 정의된 상수와 그것의 의미를 기술했다. System programming 책을 보면 자원 제한관련 예제 및 더 상세한 내용을 볼 수 있다. 또한, setrlimit(2) man page를 봐도 조금 더 자세한 내용을 볼 수 있다. 

 Linux 는 특정 유닉스 시스템과 binary 호완성을 제공하기 위한 노력을 해왔기 때문에 아키텍쳐 마다 상수의 값들은 서로 다를 수 있다.

limit은 kernel의 매우 다른 부분과 연관되어 있기 때문에, kernel은 반드시 대응되는 하위 시스템의 limit 값을 확인해야 한다. 

만약 resource type이 limits(거의 모든 자원의 기본 설정임) 설정 없이 사용되었다면, RLIM_INFINITY 의 값으로 rlim_max 가 설정된 것이다. 예외적으로 사용된 경우를 보자, 
□ 열린 파일들의 수(RLIMIT_NOFILE, 기본적으로 1024로 제한한다.)
□ 사용자가 가질 수 있는 process의 개수(RLIMIT_NRPROC)은 "max_thread / 2"로 정의한다. 여기서 max_thread는 global 변수이며, 가용한 RAM의 1/8이 thread 정보를 관리하는데만 사용하고 20개의 thread가 최소의 메모리만을 사용하도록 thread의 생성 개수를 정의한다. (이문장은 번역에 어려움을 겪어 최대한으로 부드럽게 하려고 노력하였음.)

init task를 위한 부팅 때 자원 자한은 include/asm-generic-resouce.h 안에 INIT_RLIMTS 로 정의되어 있다. 

각 process의 proc filesystem을 통해 rlimit 값을 확인 할 수 있다. 
현재 나의 system 정보는 : VMware Server 2.0.1에 Ubuntu 10.10을 설치했다. 10.10의 kernel version은 2.6.35-22 다. 
rlimit 값을 확인 하기 위해, 

proc/self/limits 파일을 읽었다. proc file system의 self 라는 file은 symbolic link 이며 현재 수행중인 process를 가르키고 있다. 

Table 2-1: Process 관련 자원 제한. 
 상수  의미
 RLIMIT_CPU  최대 할당 할 수 있는 CPU 시간
 RLIMIT_FSIZE  사용할 수 있는 file 최대 크기
 RLIMIT_DATA  data segment의 최대 크기
 RLIMIT_STACK  (user mode) stack의 최대 크기
 RLIMIT_CORE core dump file의 최대 크기 
 RLIMIT_RSS  Resident Size Set 의 최대 크기; 다른 말로는 process가 사용할 수 있는 
최대 page frame의 개수이다. 현재 사용되지 않은 것도 포함함.
 RLMIT_NPROC  실제 UID 에 연관된 사용자가 하나의 process를 가지고 생성할 수 있는
process의 최대 개수(fork의 제한 인듯) - 조금 더 알아봐야 할듯.
 RLIMIT_NOFILE  하나의 process가 제어할 수 있는 파일의 개수(open files)
 RLIMIT_MEMLOCK  swap 되지 않도록 할 수 있는 page 의 개수
 RLIMIT_AS  하나의 process가 차지할 수 있는 가상 주소 공간의 최대 사이즈
 RLIMIT_LOCKS  file lock의 최대 개수
 RLIMIT_SIGPENDING  지연된 signal의 최대 개수
 RLIMIT_MSGQUEUE  message queue의 최대 개수
 RLIMIT_NICE  non-real time process들을 위한 최대 nice 레벨
 RLIMIT_RTPRIO  real time 우선 순위의 최대치.



'Linux Kernel Study' 카테고리의 다른 글

Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3.2  (0) 2011.03.09
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3.1  (0) 2011.03.03
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.2.1  (0) 2011.02.23
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.2  (0) 2011.02.22
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, Introduction ~ 2.1  (0) 2011.02.14

Chapter 2, Process Management and Scheduling

2.2.1 Preemptive Multitasking
 Linux process 관리 구조를 알기 위해서는 process 실행의 두가지 모드를 알아야한다.(kernel mode와 user mode) 요즘 출시되는 CPU들은 최소한 두가지 다른 실행 모드가 존재하며, 한가지는 제한이 없는 권한을 가지고 실행되며 다른 한가지는 다양한 제한이 걸려있는 상태로 실행된다는 것이다.(제한이 있다는 것에 예를 들면, 특정 물리 메모리 영역을 접근하는 것 등이 될 것이다.) 이런 구분은 시스템의 어떤 한 부분을 간섭하는 것을 보호하고 시스템에 존재하는 process들을 잡아(?-다른 process들에게 넘어가거나 접근하는 것을 막는다는 뜻인가) 둘수있는 잠겨진 "새장과 같은" 것을 생성해줘야 한다. 

일반적으로 kernel은 자신이 가지고 있는 data 만 접근 가능하고 시스템에 있는 다른 application에게 간섭할 수 없는 user mode 안에 있다.(이 부분은 무슨 말인지 써놓고 무슨말인지 확실치 않다.)

만약 한 process가 system data나 함수들의 접근을 원한다면(후자는 모든 process들 사이에 공유된 자원을 관리한다, 예- filesystem 영역) 반드시 kernel mode로 변경하여 수행해야 한다. 물론 kernel mode에서 통제되고(만약 그렇지 않으면, 현재 만들어진 보호 매커니즘이 모두 불필요해지는 것이다. ) 명확히 정해진 루틴으로 실행되어야 한다. 이와 같은 것은 system call 이라는 특별한 함수를 통해 이루어진다. 자세한 사항은 13장에서 더 자세히..

user mode로 부터 kernel mode로의 전환은 interrupt에 의해서도 일어난다.(이것은 interrupt 발생시 자동으로 전환된다.) user application에서 의도적으로 호출되는 system call(system data나 함수를 이용 목적을 위해)과는 달리 독단적(?)으로 수행된다. -의도되지 않은 상태에서 발생함- interrupt의 발생은 현재 process실행과 무관하게 처리해 줄 수 있어야 한다. 예를 들면, 외부 블럭(block) 장치에서 요청한 data를 RAM 으로 복사 완료되면 이 data가 시스템의 어떤 process를 위한 것이었던 간에 interrupt는 발생하게 된다. 비슷하게, network 장치에서도 interrupt를 통해 data package 도착을 알려주게 된다. 반면, network으로 들어온 package는 interrupt를 받아 처리함에 있어 그 data는 현재 수행되고 있는 process에게 전달 된다.(외부 블럭 예제와는 다른 경우 인 것이다.) Linux는 interrupt를 다르게 처리를 하지만, 수행되고 있는 process들은 이같은 상황을 모르고 자신의 작업을 진행한다. 

Kernel의 선점 scheduling 모델은 어떤 상태의 process가 interrupt를 받는지에 대한 구조를 만들어 두었다.

□ Normal Process는 항상 interrupt를 받을 수 있다.(다른 process에 의한 interrupt 발생조차도 다 받는다). 중요한 process(오랫동안 keyboard 입력을 기다리는 편집기 등)
가 실행 상태가 되면 scheduler는 즉시 실행 할 것인지에 대한 결정을 내린다. 현재 그 process가 수행중일 때도 그 같은 고려를 한다. 이와 같은 선점은 시스템의 응답시간을 높이는데 중요한 역할을 했다.

□ 만약 kernel mode에서 system call을 수행하고 있을 때, 어떤 process도 CPU 사용을 취소할 수 없다. 즉, scheduler는 다른 process를 선택하기 이전에 system call의 수행을 완료를 해야한다는 것이다. 하지만 system call은 interrupt에 의해 잠시 보류될 수 있다. 

□ Interrupt는 user mode와 kernel mode에 있는 process들을 중지할 수 있다. 그것은 interrupt가 발생한 시점 부터 가능한한 빨리 처리해야 하는 중요한 것이기 때문에 가장 높은 우선순위를 가진다. 

Kernel 선점은 2.5 버전 개발을 진행하면서 선택사항으로(make menuconfig 수행된 메뉴) 추가되었다. 이 선택사항(option)은 kernel mode에서 system call을 수행 중일 때에도 급히(?) 처리해야 하는 다른 process가 생기면 교체될 수 있는 기능인 것이다.(물론 interrupt 핸들러가 수행중일 때는 불가하다.) 비록 kernel이 system call을 최대한 빨리 수행을 마쳐야 함에도 불구하고(빨리 수행해야하는 이유는 scheduler가 system call을 마무리 하여 다른 process의 수행권을 보장하고 진행하기 위함) 신뢰성있는 어떤 application들은 일정한 data 스트림을 요구하여 많은 시간이 필요하게 되는 경우가 있다. kernel 선점은 이와 같은 대기 시간을 줄이고 부드러운(?) program 실행을 가능하게 한다. 하지만 선점 기능은 하나의 CPU를 가진 시스템에서 병렬적인 접근이 많아지고 이것을 보호하기 위해 많은 data structure가 요구되기 때문에 증가된 kernel 복잡성으로 비용이 증가하게 된다. (향후, 2.8.3 장에서 자세히 다룬다.)

저작자표시 비영리 변경금지

'Linux Kernel Study' 카테고리의 다른 글

Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3.1  (0) 2011.03.03
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3  (0) 2011.02.24
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.2  (0) 2011.02.22
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, Introduction ~ 2.1  (0) 2011.02.14
Kernel Study를 위한 Site 및 도서  (0) 2011.02.09
Chapter 2, Process Management and Scheduling

2.2 Process Life Cycle
 하나의 Process는 항상 실행 준비가 된 상태가 아니다. 때때로, Process는 외부 자원의 event 를 기다리고 있는 경우가 있다.(text 편집기에서 keyboard 입력 대기를 위한 경우). 이런 경우는 event(keyboard 입력)이 있을 때까지 process는 실행 될 수 없다. 

scheduler는 process들의 교체를 할때 시스템에 있는 모든 Process의 상태를 알고 있어야 한다. 이는 할일이 없는 process임에 불구하고 CPU 시간을 할당하는 일은 없어야 한다는 것이다. 시간 할당과 중요한 점은 각 process의 상태를 전환(예, 실행 상태 --> 대기상태)시키는 일이다. 예를 들어, 만약 하나의 process가 주변 장치의 data를 기다리고 있다면, scheduler는 process의 상태를 data가 도착할 때까지 실행 대기 상태로 변경해줘야 한다. 

하나의 process는 다음과 같은 상태를 가진다
□ Running -- Process는 실행 중이다. 
□ Waiting  -- Process는 실행 가능한 상태이지만 CPU 를 다른 process가 점유하여 사용 중이기 때문에 기다리는 상태이다. 이 상태의 process 는 scheduler에 의해 다음으로 실행 가능하다. 
□ Sleeping -- Process는 잠든(?) 상태이고, 수행될 수 없다. 외부 장치에 의해 data나 event를 기다리고 있는 상태이며, process가 event를 받기 전까지 scheduler가 선택할 수 없다. 

시스템은 하나의 process table에 그것들의 상태들과 관계없이(running, waiting, sleeping) 모든 process들을 저장한다. 그렇지만, sleeping 상태의 process는 scheduler가 실행 준비가 되지 않은 상태을 알고 있어야 함으로 특별히 "표시"를 해 둔다. 또한 외부 event를 기다리고 있는 process가 event가 발생시 적절한 시점에 깨어나 수행할 수 있도록 다수의 Queue 로 관리하고 있다. 

그림 2-2

실행 가능한 process의 queue에 다양한 상태전의를 알아보도록 하자. 하나의 process가 실행 가능한 상태이지만, 다른 process가 CPU를 점유하고 있는 상태라 CPU를 사용하기 위한 대기 상태이다. (이것의 상태는 "Waiting" 이다). 그것은 scheduler가 CPU 시간을 할당 할 때까지 "waiting" 상태로 남아있을 것이다. 일단 scheduler가 선택을 하면, 그 process의 상태는 "running"으로 바뀔 것이다. (그림 2-2 의 4번 전이)

scheduler가 process의 CPU 자원 사용을 그만 두게 하기로 결정했다면, 그 process의 상태는 "running"에서 "waiting"으로 변경된다. (그림 2-2 의 2번 전이), 그리고 새롭게 cycle을 시작한다. "Sleeping" 상태는 두 가지 경우가 있는데, 하나는 signal을 받아 방해(interrupt) 받을 수 있는 것과 그렇지 못한 것이다. 이시점에서는 sleeping의 경우의 수는 다루지 않는다. 

만약 process가 event를 기다리고 있는 상태라면, 그 process의 상태는 "running"에서 "sleeping" 상태로 변경된다. 하지만, sleeping 상태의 process는 바로 running 상태로 변경이 이루어지지 않는다. 일단 기다리던 event가 발생했을 경우, 그 process는 waiting(그림 2-2의 3번 전이)로 변경되고 다음 번 실행을 기다리게 된다. 

Program 실행이 종료되면(사용자가 application을 종료한 경우 등), process의 상태는 running에서 stopped로 변경된다(그림 2-2  에서 5번 전이)

위에 설명되지 않은 process의 특별한(?) 상태가 있는데, 그것은 "zombie" 상태이다. 이름에서도 알수 있듯이, process가 죽었지만 어찌된 영문인지 여전히 살아있는 상태로 보이는 것이다. 다시 말하면, 그 process들은 사용하던 자원(RAM, 주변장치의 연결 등)을 반납하고 다시는 실행될 수 없는 상태로 소위 죽은 것이다. 그렇지만 process table에 그것들을 위한 공간이 존재하기 때문에 살아있는 것처럼 보인다는 것이다. 

Process가 Zombie 상태로 들어가는 경우는, UNIX 시스템의 process 생성과 종료 구조에 관련되어 있다. 하나의 program가 종료하는 상태는 두 가지가 있다.. 한가지는, 다른 process나 사용자에 의해서 강제 종료되어지는 경우다.(이런 경우는 대게 SIGTERM 이나 SIGKILL signal을 종료대상 process에게 전달되어 이루어진다.-이는 process가 일반적으로 종료하는 경우와 동등한 효과를 가진다), 다른 한가지는, child process가 종료되는 시점에 parent process가 이미 wait4 시스템 콜을 실행하여 child의 종료상태를 parent가 받는 경우이다. 결국 parent process가 child의 종료상태를 인지하고 kernel에게 알려줘야 한다는 것이다. 그 시스템 콜은 child process에게 할당된 자원을 kernel이 해제해주게 된다. 

위에 기술했던 상황 모두 zombie 상태는 발생하게 된다. 하나의 process는 종료와 process table에서 제거되는 시점 사이에 잠시 zombie 상태를 거처간다. 어떤 경우는(parent process가 잘못 구현되어 wait 시스템 콜을 호출하지 않고 종료한 경우), child process가 종료상태를 parent에 알려주지 못한 상태에서 종료를 하여 썼던 자원은 해제가 되었겠지만 시스템의 다음 rebooting 까지 process table을 차지 할 수 있다.(zombie 상태로 오래 남아있는 경우다) 이것은 ps나 top 명령어로 확인 될 수 있다. process table에 남아 있는 zombie 상태는 kernel의 아주 작은 영역을 차지하고 있어 큰 문제가 되질 않는다. 


저작자표시 비영리 변경금지

'Linux Kernel Study' 카테고리의 다른 글

Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3.1  (0) 2011.03.03
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3  (0) 2011.02.24
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.2.1  (0) 2011.02.23
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, Introduction ~ 2.1  (0) 2011.02.14
Kernel Study를 위한 Site 및 도서  (0) 2011.02.09
Kernel을 분석한답시고, 갖고 있는 책은 많은데 꾸준히 하질 못했는데 블로그를 쓰면서 
조금씩이나마 정리를 해보려고 한다. 

우선은 "Professional Linux Kernel Architecture" 책을 번역하며 Comment 정도만 작성하는 식으로 진행을 해 볼까 한다. 

물론 영문을 번역하며 오역이나 내용의 헛점이 있을 수 있음을 알려드립니다. 꾸벅.

Chapter 2, Process Management and Scheduling

요즘 나오는 Operating System은 한번에 여러 개의 Process들을 실행 할 수 있다.(이것은 User 입장에서 그렇게 수행되는 것처럼 느껴지는 것이다.)  만약 하나의 시스템에 하나의 CPU를 가지고 있다면, 주어진 시간에 하나의 Process만을 실행 시킬수 있다. Multi-Processor 시스템에서는 물리적인 CPU 개수 만큼 Process들을 병렬적으로 수행 시킬 수 있다. 

Kernel과 Processor는 매우 빠른 간격으로 서로 다른 Application간에 번갈아가며 실행함으로써 시스템이 Multi-tasking(병렬적으로 여러 operation을 수행하는 능력)을 하는 것처럼 만들어 준다. 번갈아 실행하는 간격이 매우 짧기 때문에 User들은 Process가 일정 시간동안 활동하지 않는 상태임을 알지 못하고, 컴퓨터가 실제로 한번에 여러 일을 하는 듯한 느낌을 받게 된다. 

Kernel에서 해결해야할 중요한 시스템 관리 이슈들이 이 있고 이중 중요한 것은,
□ Application들은 일부러 그렇게 만들어 지지 않는 이상, 다른 Application을 간섭할 수 없다. 예를 들어, error를 가지고 실행하는 application A는 Application B에게 영향을 줄 수 없다. Linux는 multi-user 시스템이기 때문에, 프로그램들이 다른 프로그램의 메모리 영역을 읽거나 쓰게 할 수 없도록 해야 한다. 만약 그렇지 않으면, 다른 user들의 개인 data를 쉽게 접근할 수 있는 문제점이 있다. 

□ CPU 사용시간은 다양한 Application 사이에 최대한 공평하게 주어져야 하며, 이것은 어떤 프로램이 다른 것들 보다 더 중요한지 결정하는 것 중요한 포인트가 된다. 

 이 장에서는 kernel이 CPU 사용 시간을 어떻게 공유하고 process간 switch하는 방법을 설명한다.
이 두가지 작업은 각각 독립적으로 수행되는 두개의 부분으로 나누어져있다. 
□ kernel은 반드시 각 process들에게 얼마나 수행해야 하는지 그리고 언제 다른 process와 교체되어야 하는지 결정해야한다. 이것은 실제로 어떤 process가 다음에 수행되어야하는지에 대한 논점과는 다른 것이다. (다음 수행되어야 하는 것이 미리 결정되어 있진 않다) 이런 종류의 결정은 platform에 의존적이지 않다.(알고리즘에 결정된다는 뜻?)

□ process A에서 process B로 교체가 될 때, process B가 CPU 자원을 마지막으로 놓았던(release) 시점의 환경과 동일해야 한다.(당연한 얘기지만 B가 수행되었던 자원 등 상태를 어딘가에 저장해두어야 한다는 의미인듯) 예를 들어, CPU register 값과 virtual address의 구조등의 것들이 교체된 process가 가지고 있었던 것이어야 한다. 

후자의 내용은 CPU type에 매우 의존적이다.(가상 메모리의 구조나 cpu의 register 운영은 cpu architecture 마다 다른게 가지고 있다)그것은 C 언어 만으로 구현되기 어려우며 architecture의 assembler 에 도움을 받아야한다. (register 내용을 저장하고 복구하는 내용들은 순수 assembler로 구현되어 있다)

위의 두가지 작업은 scheduler라는 kernel의 subsystem이 관장하고 있다. scheduler 정책에 의해 각 process에게 CPU 시간을 할당하고 수행하게 한다. 이것은 process 교체 메카니즘과는 완전히 분리된 작업인 것이다. (task switch 관련해서는 다른 포인트인 듯)

2.1 Process Priorities
모든 process들이 똑같이 중요한 것은 아니다. process 우선순위는 여러 요구사항을 만족시키기 위한 임계점(Criticality classes)이 다르다. 임계점을 고려하는 부분에서 크게 두 분류로 나누어 보면, real time process와 non-real time process가 있다. 

□ Hard real-time process는 Process가 수행 완료되는 시간이 엄격히 제한적이다. 만약 항공기의 비행 조종 명령이 컴퓨터에 의해 처리된다면, 그 명령들은 최대한(물론 최대한이라고는 하지만 dead line이내에 수행이 되어야 한다는 뜻) 빨리 기계에 전달되어야 한다. 예를 들어, 만얀 항공기가 착륙지점에 다달았고, 조종사는 기수를 끌어내리기를 시도할 때, 컴퓨터가 몇초 늦게 명령을 전달하여 그 작은(?) 일을 진행했다. 그 때, 항공기는 아마도 땅에 뭍혀버리고 말것이다. Hard real-time process의 중요한 key point는 보장된 시간내에 그 명령이나 행동을 무조건 처리해야한다. 물론 이 보장된 시간은 특별히 짧은 시간만을 말하는 것이 아니다. 그 보다 더 시스템은 주어진 시간을 절대로 초과하지 않는다는 것을 보장해야 한다. 

Linux는 hard real-time processing을 지원하지 않는다.(적어도 vanilla kernel에서는..) 그렇지만, 수정된 리눅스 버전에서 지원되고 있다(RTLinux, Xenomai, RATI 등). 수정된Linux는 process를 분리하여 수행한다. 이는 kernel이 덜 중요한 software(process)를 real-time process 작업이 kernel 외부에서 수행되는 동안 처리하도록 한다.

Linux는 throughput(처리량)을 위해 최적화 되어 있고 가능한한 일반적인 경우를 처리하려고 노력한다. Linux에서는 보장된 응답 시간을 맞추는 것은 어려운 일이다. 그럼에도 불구하고 kernel 전체의 지연시간(요청하고 이행하는 사이의 시간)의 감소는 아주 조금씩 진전이 있어왔다. 이런 진전은 preemptible kernel mechanism(선점 커널 메카니즘), real-time mutexes, 새로운 completely fair scheduler 등으로 이루어 졌다. 이 책의 뒷 부분에 더 자세히 설명되어 있다. 

□ Soft real-time process는 hard real-time 보다 덜 강압적인(?) 형태이다. 비록 빠른 결과를 요구되는 것은 변함이 없지만, 조금 늦게 처리 된다고 하더라도 문제 될 것이 없는 것이다. CD에 data 쓰기를 하는 작업을 예로 들 수 있다. Data는 반드시 CD writer에게 연속적으로 기록해야하는 매체인 만큼 정해진 비율로 지속적으로 전달되어야 한다. 만약 시스템의 부하가 높아져서 Data 전송에 방해를 받게 된다면, CD를 사용할 수 없게 될 수도 있다. (이것은 위에 hard time의 예로 들은 비행기 추락보다는 낫다는 얘기이다). 이것 때문에라도(CD 를 못쓰게 하는 것을 방지) CD write process는 다른 process보다 그것이 요구하는 시간만큼 보장을 받게 해준다.

□ 대부분의 Process들은 특별한 시간 제한이 없는 "normal process"이다. 하지만 그것들에게 더 중요하고 덜 중요하다는 의미의 우선순위로 분류 하고 있다. 
예를 들면, 긴 시간의 컴파일 작업과 숫자 계산을 하는 process는 상대적으로 매우 낮은 우선순위는 가진다. 이유는, 1초 혹은 2초 동안 때때로 진행을 방해받더라도 결과에는 영향을 거의 미치지 않기 때문이다. 반대로 대화형 application(VIM 같은 편집기)는 가능한 빠르게 사용자 명령에 대한 응답을 보내줘야하기 때문에(사용자는 인내심이 없기로 유명하덴다) 높은 우선순위를 가진다. 

application의 CPU 시간은 그림 2-1에서 간단하게 보여 줄 수 있다. Process들은 하나의 시간 조각(time slice)에 나누어 위치하고 있고 각각 중요도에 따라 조각의 크기는 다르게 설정된다. 시스템의 시간 흐름에 따라 원을 돌며 Process를 실행하고 모든 process가 수행되기는 하지만, 중요한 Process들은 상대적으로 많은 시간을 얻어 수행시간이 길다. 

<그림 2-1>

선점 멀티태스킹(preemptive multitasking)이라고 알려진 방법은, 각 process는 수행되는 일정한 시간을 할당 받는다. 일단 그 시간이 만료되면, kernel은 process로 부터의 control을 그만두고 다른 process를 수행시킨다(여기서 다른 process는 이전 process에 의해 마지막으로 실행된 작업과는 무관하다). 시간의 만료된 process의 환경(특히, CPU register와 page table의 내용)은 꼭 저장되어 나중에 다시 복귀하여 실행 시 완전히 이전 상태로 돌아갈 수 있어야 한다. time slice의 길이는 process의 중요도에 따라 다르게 정해지게 된다. 그림 2-1과 같이 각각의 process들은 다른 크기의 slice를 가지고 있는 것을 확인 할 수 있을 것이다. 

이 단순화된 모델(그림 2-1)은 몇 가지 중요한 문제를 다루지 않은 것이다. 예를 들어, process들이 아직 실행 할 것이 없어 준비되지 않은 경우이다. 이 경우에 CPU 시간을 할당 했다고 해서 실행을 하면 아무 것도 하지 않고 시간만 까먹는 것이므로 효율적으로 사용하기 위해서는 이런 process들은 실행을 안 시키는 것이 좋다. <그림 2-1>에서는 모든 process가 실행 가능한 상태에서 CPU 자원을 대기중이라는 가정하에 시행한 것임을 알려드린다. 또 한가지는 Linux는 두가지의 scheduling class를 제공한다.(Completely Fair Scheduling, Real-time Scheduling) 

kernel 개발자들 사이에서는 scheduling의 일부인 다음 수행될 process를 선택하는 알고리즘에 대한 논의가 활발하다.(그만큼 중요하고 개발의 여지가 많아서 인듯). scheduler의 질적 향상에 대한 측정은 거의 불가능 하다. scheduler는 Linux System이 직면한 다른 많은 workload에 의해 생긴 요구사항을 해결 하기 위한 도전적인 과제일 것이다. 자동화된 조작을 위한 작은 embedded system에서는 대형 컴퓨터에서 요구되는 사항과는 많이 다를 것이다. 사실, scheduler code는 최근 두 가지 형태로 알아볼 수 있다. 

1. 2.5 version에서 개발 되는 동안, 기존의 scheduler를 대체하는 O(1) 대체하는 소위 O(1) scheduler 가 있다. 이 scheduler의 한가지 특별한 점은 System에 수행되고 있는 process 개수에 관계없이 상수시간에 다음 실행할 process를 선택할 수 있다. 이런 설계는 기존 scheduling 구조를 완벽히 바꾼 계기라고 할 수 있다.
2. Completely fair scheduling 은 kernel 2.6.23 버전까지 개발 진행되어 추가되었다. 이 새로운 코드는 기존의 원칙을 버리고 완벽한 시도가 되는 출발점이 된다.예를 들면, 이전 scheduler에서 요구된 것을 바탕으로 대화식의(vim program 등의 편집기) process는 응답시간을 빠르게 해주는 것이 된다. 이 scheduler의 중요한 포인트는 이상적인 fair scheduling 을 가능한 가깝게 구현하도록 노력했다는 것이다. 게다가 그것은 각각의 task들을 scheduling 할 뿐만 아니라, 더 일반적인 scheduling 단위에서도 잘 동작한다. 이는 다른 사용자들의 모든 process 간의 시간 분배와 각 사용자들이 사용하고 있는 process들 사이에서도 가능한 시간을 분배할 수 있도록 고려되어 있다. 

2-1 을 마무리 합니다. 틈틈히 읽어보고 수정사항이 있다면 변경하도록 하겠습니다.
저작자표시 비영리 변경금지

'Linux Kernel Study' 카테고리의 다른 글

Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3.1  (0) 2011.03.03
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.3  (0) 2011.02.24
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.2.1  (0) 2011.02.23
Professional Linux Kernel Architecture - Chapter 2, 2.2  (0) 2011.02.22
Kernel Study를 위한 Site 및 도서  (0) 2011.02.09
요즘은 참고할 만한 좋은 사이트와 블로그가 참 많이 있는 것같습니다. 

직접 블로그를 쓰는 것도 좋지만, 더 잘된 곳을 소개하는 것이 효과적인 듯하다. ^^

네이버 블로그 입니다. ID가 johnforstar 이시네요~

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=johnforstar&logNo=30095262027

'Development Tip' 카테고리의 다른 글

Android git mirror site  (0) 2011.09.30
Per-process Namespace  (0) 2011.03.16
VMware Server Ver2.0.X : [Solved] VMware tools install fail  (0) 2011.03.16
Kernel source 보는 방법(site 및 tool)  (0) 2011.02.24
Free Repository 제공 사이트 소개(SVN, Git)  (0) 2010.12.30
Android Application 개발을 위해 source 버전 관리를 같이 해보는 것도 좋은 방법인 듯 하여, 
Project Hosting을 해주는 곳을 찾아보았다. 

1. Naver 개발자 센터
   - 무료
   - svn version 관리 tool 지원
   - 마일스톤, 게시판 및 issue 등을 관리 할 수 있도록 지원한다.
   - Project member 관리 지원
   - 무료이면서 게시판등을 사용할 수 있고, 공개 및 비공개 Project로 진행 할 수 있다. 게시판등이 사용 및 보기에 편리한 듯. 
아래의 이미지는 Naver 개발 센터에서 가장 인기 있는 CUBRID Project를 Capture함. 


2. Google Project Hosting
   - 무료
   - svn, mercurial 을 지원한다.(mercurial 은 사용해본적이 없어, 잘모른다. 
      mercurial 참고 사이트 : http://mercurial.selenic.com/wiki/UnderstandingMercurial) 
   - mercurial은 다시 사용법을 익혀야 한다는 점에서 패스. 
   - naver 개발자 센터와 마찬가지로 issue 및 게시판을 제공(Wiki 사용법을 익혀야 한다.)
아래의 이미지는 project hosting(google) 에서 "안드로이드"로 검색하여 제일 처음 뜨는 사이트를 capture 한 것임. 

3. bettercodes
   - 무료
   - svn, git 을 제공
   - git repository를 무료로 제공해준다(2GB - Project 개수는 제한이 있는 듯.)
   - 물론 게시판도.. git을 제공해준다는데에 큰 장점이 있어 가입하고 사용해보는 중..
   - 단점이라면.. 영문 사이트라는 것임. 국내에도 git을 지원해주는 곳이 있다면 사용해 봐야 겠음. 

4. Git 지원 사이트 소개 Wiki 

'Development Tip' 카테고리의 다른 글

Android git mirror site  (0) 2011.09.30
Per-process Namespace  (0) 2011.03.16
VMware Server Ver2.0.X : [Solved] VMware tools install fail  (0) 2011.03.16
Kernel source 보는 방법(site 및 tool)  (0) 2011.02.24
Eclipse Git Repository Plugin (Egit)  (0) 2010.12.31

+ Recent posts

티스토리툴바