Process State Codes

ps ax 명령을 실행하면 STAT 컬럼에 현재 프로세스의 상태를 나타내는 기호들이 표시됩니다. 아래 첫번째 테이블의 상태 기호가 제일 앞에 오고 그다음에 두번째 테이블의 부가적인 기호가 표시됩니다.

다음은 BSD 포멧의 부가적인 정보를 나타냅니다.

다음은 현재 실행중인 linux OS 의 ps 정보를 발췌한 것입니다.

• S : 대부분의 프로세스들이 이벤트 처리를 위해 현재 대기중에 있는것을 볼 수 있습니다.

• R : ps af 명령은 현재 실행 중이므로 R 로 표시됩니다.

• + : 터미널에 연결돼 있는 interactive bash shell 프로세스들과 ps af 명령은 현재 foreground 로 실행중인걸 알 수 있습니다.

• s : 터미널에 연결돼 있는 interactive bash shell 프로세스들은 session leader 인것을 알 수 있습니다.

• T : test.sh 명령은 현재 suspend job control 명령에 의해 stop 상태입니다. ctrl-z 에 의해 프로그램 실행이 중단됐을때도 이 상태가 됩니다.

• Z : sub2.sh 은 test.sh 에서 실행된 background process 인데 현재 종료된 상태 (defunct) 이나 parent 프로세스가 stop 되어있어 좀비 상태로 남아 있습니다. parent 프로세스가 실행을 재개한 후 종료되면 삭제됩니다.

좀비 프로세스는 이미 종료된 프로세스로 프로세스 테이블에서 pid 만 차지하고 있는 상태입니다 ( PCB 만 남은 상태 ). 그러므로 실행 중에 사용했던 메모리나 리소스들은 모두 반환된 상태입니다. child process 가 실행되면 parent process 는 종료 상태 값을 얻기 위해 wait system call 을 실행하는데 이때 child process 가 프로세스 테이블에서 삭제됩니다. 하지만 위의 경우는 parent process 가 stop 상태에 있어서 프로세스 테이블에서 삭제되지 못하고 좀비 상태로 남아있습니다.

• t : 현재 stop 상태인 sleeper 명령은 gdb 에의해 trace 되고 있습니다.

• < : [ ] 로 표시되는 대부분의 kernel threads 들과 pulseaudio 는 현재 높은 우선순위로 실행되고 있습니다.

• N : rtkit-daemon 은 현재 낮은 우선순위로 실행되고 있습니다.

• l : X, pulseaudio, chrome 같은 프로그램들은 멀티 스레드를 사용하고 있습니다.

• L : 메모리 locking 은 프로세스가 사용하는 가상 주소 공간을 물리적인 메모리에 lock 합니다. lock 된 페이지는 paging, swapping 에서 제외되고 unlock 될때까지 메모리에 존재하는 것이 보장되므로 주로 실시간 처리가 요구되는 프로그램에서 latency 를 줄이기 위해 사용됩니다.

• D : D ( uninterruptible sleep ) 은 S ( interruptible sleep ) 과는 다르게 sleep 하는 동안 signal을 처리하지 않습니다. 심지어 kill 신호로 프로세스를 종료시킬 수도 없습니다. 주로 디바이스 드라이버에서 디스크나 네트워크 I/O 를 기다릴때 사용됩니다

[ ] 으로 표시되는 경우 : ps 는 COMMAND 컬럼의 값을 표시할때 /proc/<pid>/cmdline 에 있는 내용을 사용하는데 여기에 값이 없을 경우 /proc/<pid>/stat 에 있는 명령 이름에 [ ] 를 더해서 표시한다고 합니다. 위 그림에서 보면 kernel threads 들과 zombie process 가된 sub2.sh 이 [ ] 로 표시되고 있습니다.

OS 가 실행되는 방식

OS 가 실행되는 방식을 다음과 같이 분류해 볼 수 있습니다.

• interrupt context

하드웨어 인터럽트는 highest priority 로 현재 실행 중인 프로세스와 관계없이 즉시 처리됩니다. 인터럽트 핸들러는 빠른 시간 내에 처리돼야 하므로 top half 와 bottom half 로 나누어서 top half 를 먼저 처리하고 시간이 걸리는 bottom half 는 이후에 softirq, tasklet 에서 처리되거나 kernel thread 에의해 처리됩니다. top half 에서 실행될 때는 동기화를 위해 모든 코어에서 해당 interrupt 가 disable 되며 실행중에 block 되는 일이 없습니다.

스케줄러는 프로세스가 직접 스케줄 함수를 호출하여 실행될 수도 있고( voluntary ) timer interrupt 에의해 실행될 수도 있는데 ( involuntary ) 이때는 interrupt handler 가 특정 flag 값을 설정하면 커널 모드에서 유저 모드( process context )로 복귀 과정에서 check 되어 실행됩니다.

• process context

process context 는 프로세스이므로 스케줄러에 의해 스케줄 될 수 있다는 점입니다. 그러므로 여기서는 실행 중에 sleep, block 될 수 있고 preempted 될 수도 있습니다. 프로그램이 실행되면서 발생하는 system call, exception 이 처리되는 것이 여기에 속합니다. system call 이 atomic 하다는 말이 있는데 이겄은 실행 중간에 signal 에의해 interrupt 됐다가 이어서 다시 실행되지 않는다는 뜻입니다. system call 은 wait 상태에서 signal sending 이 되면 EINTR 에러를 반환하고 종료하거나 자동으로 다시 처음부터 재시작합니다. interrupt handler 의 경우는 core1 에서 실행중인 프로세스에 의해 발생한 인터럽트가 core2 에서 처리될 수 있고 현재 system call 을 수행 중이던 상관없이 무조건 처리됩니다.

[ kernel threads ]

이것은 위에서 [ ] 로 표시되는 커널 스레드에 해당합니다. 커널 스레드는 일반 사용자 스레드와 동일하게 스케줄 되고 실행되는데 차이점은 유저모드가 아닌 커널모드에서 실행된다는 점이 다릅니다. /proc/$PID/maps 에서는 프로세스의 메모리 매핑 정보를 볼 수 있는데 커널 스레드는 정보가 표시되지 않습니다.

# 이름 뒤에 보이는 숫자는 cpu core 를 나타냄
$ ps ax | grep ksoftirqd

$ ps ax | grep kworker

$ watch -d -n1 'cat /proc/softirqs'

• atomic context

분류를 process context 와 atomic context 로 하기도 합니다. process context 가 아니기 때문에 스케줄러에 의해 스케줄 되지 못하므로 여기서는 실행 중에 sleep, block 될 수 없고, mutex 도 사용할 수 없습니다. 또한 user space virtual address 에도 접근할 수 없는데 page fault 가 발생할 수 있기 때문입니다 ( 그러면 scheduling 돼야 하므로 )

Local timer interrupts 실시간 조회해보기

요즘 사용되는 멀티 코어 CPU 는 각 코어 별로 local timer 를 가지고 있는데요 이 local timer interrupt 에 의해 각 코어 별로 스케줄러가 실행됩니다. 현재 코어에서 실행 중인 프로세스가 할당된 시간이 다 되면 다음 프로세스가 실행됩니다.

아래 명령을 실행했을 때 보이는 숫자는 interrupt 가 처리된 횟수를 나타냅니다. 각 코어 별로 숫자가 표시되고 증가되는 것을 볼 수 있습니다.

$ watch -d -n1 'grep -C3 -i "local timer interrupts" /proc/interrupts'

$ watch -d -n1 'tail -n20 /proc/interrupts'

위로 두 번째는 IR-PCI-MSI 409600-edge enp0s25 넷크워크 카드로 되어있는데 인터넷에서 파일을 다운로드할 때 조회해 보면 값이 크게 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 키보드, 마우스, 디스크도 한번 찾아보시고 버튼을 눌렀을 때 몇 번 인터럽트가 발생하는지도 알아보세요.

프로세스 상태 변화 과정