Brain프로세스 그룹 (Process Group)
Ⅰ. 프로세스 그룹의 개념
1. 정의
프로세스 그룹(Process Group)은 하나 이상의 프로세스를 논리적으로 묶는 커널의 grouping 메커니즘이다. 프로세스 그룹 내의 모든 프로세스는 동일한 PGID (Process Group ID)를 공유하며, 시그널(Signal)을 그룹 단위로 전송할 수 있다. 셸(Shell)은 파이프라인(Pipeline) 명령어를 실행할 때 연관된 프로세스들을 하나의 프로세스 그룹으로 묶는다.
비유: 프로세스 그룹은 "한 팀의 운동선수들"이다. 감독(셸)은 팀 전체에 동시에 지시(시그널)를 내릴 수 있고, 각 선수(프로세스)는 자신의 팀 번호(PGID)를 안다.
2. PGID (Process Group ID)
- PGID (Process Group ID): 프로세스 그룹을 식별하는 정수값이다. 프로세스 그룹 리더(Leader)의 PID와 동일하다.
- 프로세스 그룹 리더: PGID와 PID가 동일한 프로세스. 리더가 종료되어도 그룹은 유지된다.
프로세스 그룹 구조
+----------------------------------------------------------+
| Session (SID = 1000) |
| |
| +----------------------------------------------------+ |
| | Process Group (PGID = 1000, Leader: bash PID=1000) | |
| | | |
| | [bash] PID=1000 PGID=1000 SID=1000 (Leader)| |
| | [grep] PID=2001 PGID=2001 SID=1000 | |
| +----------------------------------------------------+ |
| |
| +----------------------------------------------------+ |
| | Process Group (PGID = 2001, Leader: cat PID=2001) | |
| | (파이프라인: cat file | grep pattern) | |
| | | |
| | [cat] PID=2001 PGID=2001 SID=1000 (Leader)| |
| | [grep] PID=2002 PGID=2001 SID=1000 | |
| +----------------------------------------------------+ |
| |
| +----------------------------------------------------+ |
| | Process Group (PGID = 3001, Leader: gcc PID=3001) | |
| | | |
| | [gcc] PID=3001 PGID=3001 SID=1000 (Leader)| |
| | [cc1] PID=3002 PGID=3001 SID=1000 | |
| | [as] PID=3003 PGID=3001 SID=1000 | |
| | [collect2] PID=3004 PGID=3001 SID=1000 | |
| +----------------------------------------------------+ |
+----------------------------------------------------------+
비유: 각 프로세스 그룹은 "프로젝트 팀"이고, PGID는 "팀 번호"다. 팀장(PGID=PID)이 퇴사해도 팀은 계속 존재한다.
Ⅱ. 프로세스 그룹 관리 API
1. 시스템 콜 및 함수
| 함수 | 원형 | 설명 |
|---|---|---|
| getpgrp() | pid_t getpgrp(void) | 호출 프로세스의 PGID 반환 (POSIX) |
| getpgid() | pid_t getpgid(pid_t pid) | 지정 PID의 PGID 반환 |
| setpgid() | int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid) | 프로세스의 PGID 설정 |
| setpgrp() | int setpgrp(void) | setpgid(0, 0)과 동일 (자신을 리더로 새 그룹 생성) |
2. setpgid()의 동작 규칙
setpgid(pid, pgid) 동작 규칙
+--------------------------------------------------------------+
| setpgid(pid, pgid) 호출 시 검증 규칙 |
| |
| 1. pid가 0이면 호출자 자신의 PID 사용 |
| 2. pgid가 0이면 pid을 PGID로 사용 (새 그룹 생성) |
| 3. pid는 호출자의 자식이거나 호출자 자신이어야 함 |
| 4. pid가 자식이면, fork() 직후 exec() 전에만 설정 가능 |
| (그렇지 않으면 EACCES 에러) |
| 5. pgid는 호출자의 세션 내에 존재하는 프로세스 그룹이어야 함 |
+--------------------------------------------------------------+
예시:
setpgid(0, 0) // 자신을 리더로 새 프로세스 그룹 생성
setpgid(child, 0) // child를 리더로 새 프로세스 그룹 생성
setpgid(child, pgid) // child를 기존 pgid 그룹에 추가
3. 사용 예제
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main() {
pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
// 자식 프로세스
// 새 프로세스 그룹에 자신을 리더로 배치
setpgid(0, 0);
printf("Child PID=%d, PGID=%d\n", getpid(), getpgid(0));
// PID == PGID (그룹 리더)
} else {
// 부모 프로세스
printf("Parent PID=%d, PGID=%d\n", getpid(), getpgid(0));
// 자식을 새 그룹으로 이동 (fork 직후에 호출해야 함)
setpgid(pid, pid);
printf("Child PGID after setpgid: %d\n", getpgid(pid));
}
return 0;
}
Ⅲ. 프로세스 그룹 시그널링
1. 그룹 시그널 전송
kill() 시스템 콜에 음수 PID를 전달하면, 해당 PGID를 가진 모든 프로세스에 시그널을 전송한다.
그룹 시그널 전송 메커니즘
kill(pid, sig)
|
+-- pid > 0 --> PID와 일치하는 단일 프로세스에 sig 전송
|
+-- pid == 0 --> 호출자와 동일 PGID의 모든 프로세스에 sig 전송
|
+-- pid < 0 --> |pid|와 일치하는 PGID의 모든 프로세스에 sig 전송
|
+-- pid == -1 --> 권한이 있는 모든 프로세스에 sig 전송 (SIGKILL 제한)
예시:
kill(-2001, SIGTERM)
--> PGID=2001인 모든 프로세스(cat, grep)에 SIGTERM 전송
--> 파이프라인 전체가 종료됨
2. 실제 동작 예시
파이프라인 실행: $ cat file.txt | grep "error" | wc -l
+------------------------------------------------------+
| PGID = 5001 |
| |
| [cat] PID=5001 PGID=5001 <--- 그룹 리더 |
| [grep] PID=5002 PGID=5001 |
| [wc] PID=5003 PGID=5001 |
+------------------------------------------------------+
Ctrl+C (SIGINT) 입력:
--> 터미널이 포그라운드 프로세스 그룹(PGID=5001)에
SIGINT 전송
--> cat, grep, wc 모두 종료됨
또는:
kill -TERM -5001
--> PGID=5001인 모든 프로세스에 SIGTERM 전송
비유: 그룹 시그널링은 "방송 시스템"이다. "300번 팀 전원, 즉시 철수하시오!"라고 하면 300번 팀에 속한 모든 선수가 동시에 철수한다.
Ⅳ. 작업 제어 (Job Control)
1. 셸의 작업 제어
셸(Shell)은 프로세스 그룹을 활용하여 작업 제어(Job Control)를 구현한다. 포그라운드(Foreground)와 백그라운드(Background) 작업을 관리한다.
셸 작업 제어 구조
+----------------------------------------------------------+
| Shell (bash) |
| PID=1000 PGID=1000 SID=1000 |
| Controlling Terminal: /dev/pts/0 |
| |
| 포그라운드 그룹 (Foreground Process Group) |
| +----------------------------------------------------+ |
| | PGID=5001 (현재 포그라운드) | |
| | [vim] PID=5001 PGID=5001 | |
| +----------------------------------------------------+ |
| |
| 백그라운드 그룹 1 (Background Process Group) |
| +----------------------------------------------------+ |
| | PGID=3001 (백그라운드) | |
| | [find] PID=3001 PGID=3001 | |
| | [sort] PID=3002 PGID=3001 | |
| +----------------------------------------------------+ |
| |
| 백그라운드 그룹 2 (Stopped) |
| +----------------------------------------------------+ |
| | PGID=4001 (정지 상태) | |
| | [python] PID=4001 PGID=4001 (SIGTSTP로 정지됨) | |
| +----------------------------------------------------+ |
+----------------------------------------------------------+
2. 작업 제어 명령어
| 명령어 | 동작 | 프로세스 그룹 영향 |
|---|---|---|
command & | 백그라운드 실행 | 새 PGID 할당, 백그라운드 그룹으로 이동 |
Ctrl+Z (SIGTSTP) | 포그라운드 정지 | 포그라운드 그룹 전체에 SIGTSTP 전송 |
bg %1 | 정지된 작업을 백그라운드에서 재개 | 해당 그룹에 SIGCONT 전송 |
fg %1 | 백그라운드 작업을 포그라운드로 | 해당 그룹을 포그라운드로 전환 |
jobs | 작업 목록 표시 | 각 작업의 PGID와 상태 표시 |
kill %1 | 작업에 시그널 전송 | 해당 PGID의 모든 프로세스에 전송 |
3. 파이프와 프로세스 그룹 생성
파이프라인에서의 프로세스 그룹 생성 과정
$ ls -la | grep "\.txt" | sort -k5 -n | head -5
[Step 1: 셸이 파이프라인 파싱]
명령어: ls, grep, sort, head (4개 프로세스)
[Step 2: pipe()로 파이프 생성]
pipe1: ls --> grep
pipe2: grep --> sort
pipe3: sort --> head
[Step 3: fork()로 각 프로세스 생성]
fork(ls) --> PID=6001
fork(grep) --> PID=6002
fork(sort) --> PID=6003
fork(head) --> PID=6004
[Step 4: 모든 자식을 동일 PGID로 설정]
setpgid(6001, 6001) // ls가 리더
setpgid(6002, 6001) // grep을 ls의 그룹에
setpgid(6003, 6001) // sort를 ls의 그룹에
setpgid(6004, 6001) // head를 ls의 그룹에
[Step 5: 포그라운드 그룹으로 설정]
tcsetpgrp(terminal_fd, 6001)
--> 터미널 입출력이 PGID=6001 그룹에 연결
비유: 파이프라인은 "조립 라인"이다. 컨베이어 벨트(파이프)로 연결된 작업자(프로세스)들은 모두 같은 조(프로세스 그룹)에 속한다. 감독(셸)이 "조 전원 휴식!"이라고 하면 조 전원이 함께 쉰다.
Ⅴ. 요약 및 기술사 출제 포인트
핵심 정리
프로세스 그룹 요약도
[프로세스 그룹의 목적]
1. 파이프라인의 프로세스들을 논리적으로 묶기
2. 시그널을 그룹 단위로 전송
3. 셸의 작업 제어(Foreground/Background) 구현
4. 터미널 입출력 관리
[핵심 데이터]
PGID: 프로세스 그룹 식별자
그룹 리더: PID == PGID인 프로세스
세션: 여러 프로세스 그룹의 상위 집합
[주요 API]
getpgid() : PGID 조회
setpgid() : PGID 설정
kill(-pgid) : 그룹 시그널 전송
지식 그래프
프로세스 그룹
├── 기본 개념
│ ├── PGID (Process Group ID)
│ ├── 프로세스 그룹 리더 (PID == PGID)
│ └── 세션(Session)의 하위 개념
├── 관리 API
│ ├── getpgrp() (자신의 PGID 반환)
│ ├── getpgid(pid) (지정 PID의 PGID 반환)
│ ├── setpgid(pid, pgid) (PGID 설정)
│ └── setpgrp() (setpgid(0,0)과 동일)
├── 시그널링
│ ├── kill(-PGID, SIGTERM) (그룹 전체 전송)
│ ├── kill(0, SIGTERM) (동일 그룹 전체)
│ └── 터미널 시그널 (SIGINT, SIGTSTP)
├── 작업 제어 (Job Control)
│ ├── 포그라운드 프로세스 그룹
│ ├── 백그라운드 프로세스 그룹
│ ├── bg/fg 명령어
│ └── tcsetpgrp() (포그라운드 그룹 전환)
├── 파이프라인
│ ├── pipe()로 프로세스 간 연결
│ ├── 파이프라인 전체가 하나의 PGID
│ └── 첫 번째 프로세스가 그룹 리더
└── 관련 개념
├── 세션 (Session, SID)
├── 제어 터미널 (Controlling Terminal)
└── 데몬 (Daemon, setsid()로 분리)
세 줄 설명 (어린이용)
- 프로세스 그룹은 여러 프로그램을 하나의 팀으로 묶어서, 한 번에 명령을 내릴 수 있게 만드는 것이에요.
- 엔터키를 눌러
cat | grep같은 명령을 실행하면, 컴퓨터가 알아서 같은 팀(PGID)으로 묶어줘요. - Ctrl+C를 누르면 같은 팀에 속한 모든 프로그램이 동시에 멈추게 돼요.
약어 정리
| 약어 | Full Name |
|---|---|
| PGID | Process Group ID |
| SID | Session ID |
| PID | Process Identifier |
| API | Application Programming Interface |