Context Switch vs Swap In/Out

#os

참고 자료

• 『Difference between Swapping and Context Switching』 on geeks-for-geeks
• 『Difference between Swapping and Context Switching』 on javaTpoint
• 쉬운코드 - 『컨텍스트 스위칭 뽀개기』 on Youtube

0. 들어가며

운영체제에 대한 지식을 정리하다보니 둘다 잘 들어본 용어이고 각각 어느정도 설명할 수 있지만 둘다 자세히 설명하거나 둘을 비교해보았을따 명확하게 설명할 수 없는것 같다.

관련 내용을 조사해보자!

1. Context Switch

• 실행(executing/running) 상태의 프로세스의 문맥을 저장하고 대기(Idle/Ready) 상태의 프로세스의 문맥을 로딩하는 일
• 프로세스의 문맥이란
  • PCB를 의미한다.
  • 프로세스/스레드의 상태
  • CPU - register (PC, SP, PTBR...), 메모리 등등
• 이러한 Context Switch를 유발하는 요소로는
  • 주어진 time slice 를 다 사용
  • IO 작업을 해야 한다
  • 다른 리소스를 기다린다
  • OS의 인터럽트 혹은 System Call (Dispatch/ Timeout)이 있다.
• 컨텍스트 스위칭은 OS 의 커널에 의해 실행 된다. 즉 커널 모드에서 실행 된다.

컨텍스트 스위칭의 영향

• Cache Pollution
• 컨텍스트 스위칭 타임 자체가 오버헤드이다.

컨텍스트 스위치의 종류

• 다른 프로세스끼리 스위칭 인지/ 같은 프로세스의 쓰레드끼리 스위칭인지에 따라 다르다.

공통점

• 커널 모드에서 실행
• CPU의 레지스터 상태를 교체

차이점

• Process Context Switch 는 Thread Context Switch 와 달리 VMS 경계 정보/ TLB 정보를 추가적으로 스위칭 한다.

2. Swap In/Out

• Swap In/Out 은 기본적으로 Main Memory와 저 너머 이차메모리 사이의 데이터 교환을 의미하는 용어이다.
• 사실 page table도 사용시에는 메인 메모리의 커널 영역에 있음
• 페이지 테이블도 스왑 인, 아웃의 대상이 됨 (연관 매핑 방식, TLB)
• 즉 Swap/In Out 의 대상은 메인메모리의 유저 영역에 한정되지 않는다.

3. 프로세스의 상태도

프로세스의 상태 다이어그램을 통해 이 내용을 정리해보자.

빨간 선 ~ SwapIn/Out

• 프로세스가 Suspend 상태가 되는 경우 동작한다.
• 프로세스가 Suspend 상태가 되는 경우는 다음과 같다.
  • 메모리가 꽉 차서 일부 프로세스를 메모리 밖으로 내보낼때
  • 프로그램에 오류가 있어서 실행을 미루어야 할때
  • 바이러스와 같이 악의적인 공격을 하는 프로세스라고 판단될 때
  • 매우 긴 주기로 반복되는 프로세스라 메모리 밖으로 쫒아내도 큰 문제가 없을 때
  • 입출력을 기다리는 프로세스의 입출력이 계속 지연될 때

파란선 ~ Context Switch

• 프로세스 스케쥴러에 의해 실행 되는 (CPU를 차지하던) 프로세스가 교체되는 것을 의미한다.
• 다음과 같은 경우에 프로세스의 교체가 이루어진다.
  • 한 프로세스가 자신에게 주어진 시간을 다 사용하는 경우 (timeout(PID))
  • 인터럽트가 발생하는 경우
    • e.g.) 자신에게 주어진 메모리 공간을 넘어 가려 한다.
    • -> 인터럽트 관리 프로세스가 실행 상태가 되고 대상 프로세스를 강제종료 한 뒤 자신을 종료한다.
    • -> 이 경우에도 컨텍스트 스위치가 발생한다.

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Last update: April 13, 2023
Created: April 13, 2023