[운영체제] Context Switch(문맥 교환)이란?

Context Switch(문맥 교환)?

CPU가 현재 작업 중인 프로세스에서 다른 프로세스로 넘어갈 때 지금까지의 프로세스의 상태를 저장하고, 새 프로세스의 저장된 상태를 다시 적재하는 작업을 Context Switch(문맥 교환)이라 한다. (프로세스의 정보는 PCB에 저장된다.)

 

언제 발생하는가?

Context Switch가 발생하는 경우는 멀티태스킹, 인터럽트 핸들링, 사용자 모드와 커널 모드 간의 전환까지, 크게 3가지가 존재한다.

• 멀티태스킹(Multitasking)
  
  • 실행 가능한 프로세스들이 운영체제의 스케줄러에 의해 조금씩 번갈아가며 수행되는 것을 말한다.
  • 번갈아 가며 프로세스가 CPU를 할당 받는데 이때 Context Switching 한다.
  • 사용자가 체감하기 힘든 속도로 Context Switching되며 프로세스가 처리되기 때문에 동시에 처리되는 것처럼 느껴진다.
• 인터럽트 핸들링(Interrupt handling)
  • 인터럽트란 컴퓨터 시스템에서 예외 상황이 발생했을때 CPU에게 알려 처리할 수 있도록 하는 것을 말한다.
  • 인터럽트가 발생하면 Context Switching한다.
  • I/O request : 입출력 요청
  • time slice expired : CPU 사용시간이 만료
  • fork a child : 자식 프로세스 생성
  • wait for an interrupt : 인터럽트 처리 대기
• 사용자와 커널 모드 전환(User and kernel mode switching)
  • 사용자와 커널 모드 전환은 Context Switch가 필수는 아니지만 운영체제에 따라 발생할수 있다

Context Switching 과정

Operating System Concepts

1. 요청 발생: 인터럽트 또는 트랩에 의한 요청이 발생.(트랩은 소프트웨어 인터럽트)
2. PCB에 저장: 운영체제는 현재 실행중인 프로세스(P0)의 정보를 PCB에 저장.
3. CPU 할당: 운영체제는 다음 프로세스(P1)의 정보를 PCB에서 가져와 CPU를 할당.

위 과정을 반복적으로 수행한다. Context Switching하는 동안 CPU는 아무일도 하지않는 시간이 발생하는데 이를 오버헤드(Overhead)라 하고 오버헤드가 잦아지면 성능이 떨어질수 있다.