Q3) What is Context Switching? (Interview Question in OS)

[hidaehyunlee]

😊 Context Switching(문맥교환)에 대해 아는만큼 모르는만큼 알고싶은만큼 알려주고싶은만큼 설명해주세요. 😊

[hidaehyunlee]

두둔 ... 낼 즉석 구술면접으로 전환합니다.. 😭

[365kim]

알려주고싶은만큼ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

[365kim]

전부 알려주고싶지만... 줄 수 있는게~

[365kim]

즉석
컨텍스트 스위칭은 현재 CPU를 할당받은 프로세스로부터 CPU를 빼앗아 다른 프로세스에게 CPU를 할당하려고할 때 발생합니다. 현대 컴퓨터 환경에서는 CPU를 아주 짧은 시간단위로 각 프로세스에게 돌아가면서 배정하는 시분할 환경이기 때문에 컨텍스트 스위칭은 자주 발생하게 됩니다. 원래 CPU를 할당받아 실행되고 있던 프로세스는 어디까지 실행되었는지를 그 프로세스의 PCB에 저장하고, 새로 CPU를 할당받아 실행될 프로세스는 가장 마지막에 어디까지 실행되었는지를 그 프로세스의 PCB로부터 불러와 실행을 이어가게 됩니다.

보충
오우 스터디 때 제가 담당했던 파트네요...! 하지만 아주 새롭네요...

1. Context Switching 목적

• 하나의 프로세스가 CPU를 사용중인 상태에서 다른 프로세스에게 CPU 제어권을 이양하기 위한 과정
  • ※ 따라서 CPU를 점유하는 프로세스가 다른 사용자 프로세스로 변경되는 과정이 아니라, 하나의 프로세스의 실행모드만이 잠시 사용자모드에서 커널모드로 바뀌는 것일 뿐인 모드변경은 문맥교환이라고 하지 않음

2. Context Switching 과정

• 이전의 프로세스의 Context를 저장(보관)하고, 새로운 프로세스의 Context를 복원(적재)하는 작업

3. Context Switching 이 필요한 이유

• 하나의 프로세스를 쭉 실행하는 것과 비교했을 때 Context Switching을 하면 많은 오버헤드가 뒤따름 (Context Switching 동안 에는 해당 CPU는 아무것도 못함)
  • ※ 오버헤드: 어떤 처리를 하기 위해 들어가는 간접적인 처리 시간 · 메모리 등
• 하지만 빠른 속도로 Task를 바꿔가며 실행하면 사용자 입장에서는 여러 프로세스가 동시에 처리되는 것처럼 느끼게 되는 장점이 있기 때문에 필요함.
• 이처럼 여러 프로세스가 함께 수행되는 시분할 시스템 환경에서는 타이머 인터럽트에 의해 짧은 시간동안 CPU를 사용한 후 빼앗겼다가 추후에 다시 CPU를 획득하는 식으로 CPU 관리가 이루어지므로, CPU를 뺏기기 직전 어느 부분까지 명령을 수행했는지 정확한 상태를 재현할 필요가 있음

4. Context Switching 이 발생하는 경우

• 예시1) timer interrupt (CPU 사용시간이 만료 되었을 때)
• 예시2) I/O request (입출력 요청할 때)
• 예시3) fork a child (자식 프로세스를 만들 때)
• 예시4) wait for an interrupt (인터럽트 처리를 기다릴 때)

[hidaehyunlee]

Context Switching(문맥교환)이란...

하나의 사용자 프로세스로부터 다른 사용자 프로세스로 CPU의 제어권이 이양되는 과정을 말합니다.

그 과정에서 실행 중인 프로세스 상태 및 레지스터 값(Context)을 해당 프로세스의 PCB에 저장(보관)하고, 다음으로 수행해야할 프로세스의 PCB Context를 CPU 레지스터에 복원(적재)하는 작업이 이뤄집니다.

단계	절차	설명
1	인터럽트/시스템 호출	– 운영체제에서 프로세스 스케쥴러에 의해 인터럽트 발생
2	커널 모드 전환	– 프로세스가 실행되는 사용자모드에서 커널 모드로 전환
3	현재 프로세스 상태 PCB 저장	– 기존 실행되는 프로세스 정보를 PCB에 저장
4	다음 실행 프로세스 로드	– PCB에 있는 다음 실행 프로세스 상태 정보 복구
5	사용자 모드 전환	– 커널 모드에서 사용자 모드로 전환하여 프로세스 실행

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이대리 면접관의 추가 질문 🧐

질문 1. 시스템콜이나 인터럽트로 인해 CPU제어권이 운영체제로 넘어가는 경우를 Context Switching 이라고 볼 수 있을까요?
질문 2. Context Switching 중 CPU는 어떤 일을 할까요?
질문 3. 문맥교환의 오버헤드 해결 방안을 설명해주세요.

[gaeun0204]

정의: Context Switching이란 하나의 사용자 프로세스로부터 다른 사용자 프로세스로 CPU의 제어권이 이양되는 과정을 말한다.
발생 조건: Context Switching가 발생하는 조건은 하드웨어를 통한 I/O요청이 들어왔을 때, 타임퀀텀이 경과되었을 때 등이다.
발생 과정: Context Switching이 발생하면 원래 CPU를 보유하고 있던 프로세스는 자신의 문맥(context)을 PCB에 저장하고, 새로 CPU를 할당받는 프로세스는 예전에 저장했던 자신의 문맥(context)을 PCB로부터 가져와서 실제 하드웨어로 복원시키는 과정을 거친다.

[SeongsangCHO]

CPU가 어떤 프로세스를 실행하고 있는 도중에 인터럽트발생시 실행중인 프로세스를 중단되고, CPU 제어권이 다른 프로세스로 이양되어 기존 프로세스 정보들을 PCB에 저장, 실행될 프로세스의 정보를 PCB로부터 가져오는 작업을 컨텍스트 스위칭이라한다.