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Linux

Linux 커널 관점에서 이해하는 Session, Process Group, Process, Thread와 Job Control의 실제 동작

by ds31x 2026. 1. 9.
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1. Linux 커널 관점에서의 Inclusion Heirarchy of Execution Units

session
 └─ process group
       └─ process
              └─ thread (= task (=task_struct), kernel scheduling unit)

Linux 커널에서

  • 스케줄링의 최소 단위(scheduling entity)는 thread(task_structy) 이며
  • process는 thread들의 컨테이너 역할을 하며, thread들의 집합이라고 볼 수 있음.

The scheduler schedules
tasks,
not processes.

 

참고로, thread는 light weight process (LWP) 라고도 불림.

 

주의할 점은 Multi-tasking 에서 나오는 task(OS관점에서의)와 커널 관점에서의 task는 다른 개념임:

OS 관점에서 말하는 task는 커널의 task(thread)보다는, shell이 관리하는 job 개념(=process group)에 더 가깝다.

 

OS관점에서의 task는 다음을 참고:

 

각 execution unit에 대해 살펴보면 다음과 같음:

  • 스케줄링 단위: thread(task)
  • 자원 소유 단위: process
  • 터미널 제어 단위: process group
  • 로그인 단위: session

Session은
하나의 터미널을 중심으로 생성된 프로세스들을
동일한 실행 맥락(context)으로 묶어 관리하기 위한 커널의 실행 컨텍스트

 

Context란, 커널이 실행 흐름을 구분하고 관리하기 위해 사용하는 논리적 실행 환경을 의미.

1-1 thread (커널 관점에서 task)

Linux 커널에서 스케줄링의 단위임.

  • Linux 커널 내부 구조체로 구현됨: task_struct
  • 커널은 process를 직접 스케줄링하지 않음
  • 각 thread가 개별적으로 스케줄링됨

특징:

  • thread마다 TID 존재
  • 같은 process의 thread들은
    • 주소 공간 공유
    • 파일 디스크립터 공유
  • ps -L, /proc/<pid>/task/ 로 확인 가능

Linux에서 “thread = task”임.
OS관점인 Multi-task system에서의 task는
좀 더 넓은 개념(=job, process group)으로
Linux 커널 관점의 task와 구분됨.

1-2 process

Threads 의 그룹

  • 하나 이상의 thread(task)를 포함하는 논리적 실행 단위
  • PID = main thread의 TID
  • 주소 공간과 자원(Resource)의 소유자

관계:

  • single-thread process : task 1개
  • multi-thread process : task 여러 개

리눅스 커널이 아닌 일반적인 관점에서의 Process와 Thread는 다음을참고:

1-3 process group

job control을 위한 묶음 (Session에서 job에 해당하며, OS관점에서의 task에 해당)

  • 여러 process를 하나의 그룹으로 관리
  • 같은 그룹은 하나의 PGID 공유
  • 터미널 신호는 process group 단위로 전달됨
    • 터미널 신호는 터미널에서 발생하는 Signal임 (커널의 TTY Layer 에서 이루어짐)
    • SIGINT : User Interrupt (Ctrl + c)
    • SIGTSTP : Terminal SToP (Ctrl + z)
  • kill 명령어로 Signal을 보낼 때는 Process 단위로 전달됨.
    • 물론 procss group으로도 가능.
    • PGID는 음수로 표기함: -1234 는 PGID가 1234임 (PID랑 구분하기 위해.
    • kill -TERM -1234 or kill -TERM -- -1234: PGID 1234 인 프로세스들에 SIGTERM 을 보냄(-TERM).
      • -- 는 옵션이 끝났음을 의미함.

참고: signal과 kill에 대한 보다 자세한 내용은 다음을 참고:

1-4 session

Session은 터미널 로그인과 그로부터 파생된 모든 실행 흐름을 묶는 커널 수준의 최상위 실행 컨텍스트.

  • 터미널 로그인 단위의 최상위 컨테이너: SID (Session ID)를 가짐.
  • 하나의 session은 여러 process group을 포함 (최소 한 개이상을 가짐) 
  • 터미널(TTY, TeleTYpe)은 session 단위로 귀속
  • session에는 하나의 session leader가 존재: session leader 프로세스의 PID가 해당 session의 SID임
  • foreground / background process group 관리 는 한 session에서 이루어짐:
    • fg와 bg의 차이는 터미널 제어권이며 1개의 session이 1개의 터미널(tty)임.
    • 즉, 동일 session이어야만 동일 tty를 가지며,
    • 이에 대한 제어권 관리가 이루어지려면, process group들이 모두 동일 session에 속해야 함.

2. 현재 shell의 구조 확인 (session / process / thread)

2-1 shell의 session 정보

ps -o pid,ppid,pgid,sid,tty,cmd -p $$
  • -o : 출력할 columns 를 지정.
  • -p : 출력할 process 를 지정 (PID로)
  • $$ : 현재 Shell의 PID 를 값으로 가지는 shell변수.

ps에 대한 보다 자세한 건 다음을 참고:

 

예:

PID   PPID  PGID   SID   TTY     CMD
1234  1000  1234  1234  pts/0   bash

 

해석:

  • shell이 session leader: PID과 SID가 같음.
  • 자신만의 process group 소유
  • 하나의 main thread(task)만 존재

2-2 shell의 thread 확인

ps -L -p $$
  • -L : 프로세스가 보유한 모든 thread(LWP)를 각각 한줄로 출력하라는 옵션.
PID   LWP   TTY   STAT CMD
1234  1234  pts/0 Ss   bash
  • LWP(Light Weight Process) = thread(task)
  • 즉, bash는 단일 thread process

3. thread가 여러 개인 process 를 확인해보기: top

기본 포함된 프로그램 top를 사용:

top &
  • & 를 붙이면 background로 실행됨.

PID 확인 후:

ps -L -p <top의_PID>

이의 결과는 보통 다음과 같은 형태임.

 

PID   LWP   STAT CMD
2345  2345  S    top
2345  2346  S    top
2345  2347  S    top
  • 하나의 process
  • 여러 thread(task)
  • 커널은 이 thread들을 각각 스케줄링

job control 대상은
이 process가 속한 process group임
thread가 아닌 점에 주의!

참고: Job은 Foreground와 background로 나뉨:

  • Foreground job은 터미널의 입력과 제어 신호를 직접 받아 실행 중인 process group을 의미.
    • Foreground job은 터미널을 직접 점유하며, 표준 입출력이 모두 터미널에 연결
    • stdin (표준 입력)
      • 터미널 입력과 직접 연결
      • 키보드 입력을 바로 읽을 수 있음
    • stdout (표준 출력)
      • 터미널 화면으로 출력
      • printf, echo 결과가 즉시 보임
    • stderr (표준 오류)
      • 터미널 화면으로 출력
      • 오류 메시지도 즉시 표시됨
  • Background job은 터미널의 제어권을 갖지 않은 채, shell의 제어 하에 비동기로 실행되는 process group을 의미.
    • Background job은 터미널 제어권을 가지지 않으며, 표준 입력은 제한되고 출력만 터미널로 전달
    • stdin (표준 입력)
      • 터미널 입력과 논리적으로 분리
      • 읽으려고 하면 보통 SIGTTIN 발생 => job 중지
      • 사실상 입력 불가
    • stdout (표준 출력)
      • 기본적으로 터미널로 출력됨
      • 단, 출력은 터미널을 점유하지 않음
    • stderr (표준 오류)
      • 기본적으로 터미널로 출력됨
      • foreground job과 동일

터미널을 점유한다 = 해당 process group이 터미널의 foreground process group으로 설정.
다음이 가능한 process group임:
터미널 제어신호 수신.
터미널 설정 변경이 가능.

 

 

stdin, stdout, stderr 와 같은 표준 스트림에 대해서 좀 더 자세한 건 다음을 참고:

 

4. job control 실습 (process group 중심) : sleep 명령어

4-1 background job 생성

sleep은 지정한 시간(sec) 동안 현재 프로세스를 일시 정지(suspend)시키는 표준 유닉스 명령어

sleep 100 &
  • sleep 100을 새로운 process group으로 생성
  • 현재 shell을 점유하지 않는 background job으로 실행

출력은 다음과 같음: & 를 통해 백그라운드로 실해시킬 경우 job ID와 process ID를 보여줌.

[1] 3456
  • [1] : shell이 부여한 job 번호(job ID)
    • 현재 Shell(session) 안에서 job control을 위해 사용
    • fg %1, bg %1, kill %1 처럼 참조 가능
  • 3456 : 백그라운드로 생성된 process group의 PID

4-2 job 목록 확인

jobs는 현재 shell이 생성하고 추적 중인 background / stopped job 목록을 출력하는 shell의 built-in command(내장명령어)

  • job = process group
jobs

 

결과는 다음과 같은 형태로 나옴:

[1] Running sleep 100 &

 

jobs 명령어에 대한 자세한 건 다음을 참고:

4-3 process / group / session 구조 확인

ps -o pid,pgid,sid,tty,cmd | grep sleep
  • 각 프로세스의 PID / PGID / SID / TTY / 명령어를 함께 출력
  • 그중 sleep 프로세스만 확인

다음의 형태의 출력이 나옴:

3456  3456  1234  pts/0  sleep 100

 

같은 터미널에서 shell을 보면:

1234  1234  1234  pts/0  bash
  • sleep은
    • shell과 같은 session (SID로 3번째 열) : 1234
    • 다른 process group (PGID로 2번째 열) : 3456
  • 즉, sleep은 shell과는 다른 독립적인 job(process group) 으로 실행

Interactive shell은 각 job을 실행할 때, foreground / background 여부와 무관하게 새로운 process group을 생성

참고로 shell을 ps로 살펴보면 여러 개가 보일 수 있는데 이는 subshell 이 만들어지기 때문임:
zsh 등은 subshell을 다음의 경우 subshell을 만드는데 각 subshell은 독립된 process group을 가짐.
1. pipe 사용시 : cmd1 | cmd2
2. commnad substition 사용시 : echo $(some_command)
3. 그룹 실행 : ( cd /tmp; ls )

5. Ctrl+Z: process group 단위 중지

5-1 foreground 실행

sleep 100
  • sleep은 외부 명령어이므로 새로운 process로 실행됨
  • interactive shell은 이 명령을 위해 새로운 process group을 생성
  • 해당 process group을 foreground process group으로 설정
  • 그 결과, 터미널 입력과 Signal(Ctrl+c, Ctrl+z)은 이 process group으로 전달됨

shell은 실행이 끝날 때까지 대기(block) 상태가 됨

5-2 중지

Ctrl + z
  • Ctrl+z는 터미널에서 발생한 입력 이벤트 임.
  • 터미널(TTY) 드라이버가
    • 현재 foreground process group 전체를 대상으로
    • SIGTSTP 신호(Terminal SToP)를 전송
  • 커널은 해당 process group에 속한
    • 모든 process들에
    • 각 process의 모든 thread(task) 를 일괄 중지

다음의 결과가 출력된 경우:

[1] Stopped sleep 100
  • Shell은 중지된 process group을
    • 하나의 job으로 등록하고
    • [1]이라는 job 번호를 부여
  • 이후 이 job은 jobs, fg, bg로 제어 가능

6. bg / fg로 상태 전환

6-1 background로 재개(Resume, SIGCONT)

bg # or bg %JOD_ID
  • Ctrl+z로 중지(stopped) 상태에 있는 job(process group) 을 선택하여 백그라운드 실행 상태로 전환
  • 해당 process group에 SIGCONT 신호를 전송
  • 해당 job은 background 상태로 계속 실행됨
    • 터미널의 foreground process group은 여전히 shell
  • background job에서 표준 입력(stdin)은 차단됨
  • 단, 표준 출력(stdout)과 오류(stderr)는 터미널로 출력 가능

6-2 foreground 복귀

fg # or fg %JOD_ID
  • 중지되었거나 background에 있던 job(process group) 을 선택
  • 해당 process group에 SIGCONT 신호를 전송
  • 동시에, 해당 process group을 foreground process group으로 설정
    • 터미널의 제어권이 shell => 해당 job으로 이동
  • job이 종료되거나 다시 중지될 때까지
    • shell은 대기(block) 상태가 됨
  • stdin / stdout / stderr가 모두 터미널과 직접 연결됨

7. 파이프라인 + thread + job control

이 예제를 통해 파이프라인이

  • process는 여러 개지만
  • job control 대상은 하나의 process group임을
    같은 TTY에서 실제로 확인할 수 있음

7-1 실행

 

sleep 100 | cat
  • A | B 는 Shell이 두 개의 프로세스를 생성해 연결하는 Pipeline 실행.
    • 왼쪽 프로세스(sleep)의 stdout(쓰기) => 파이프
    • 오른쪽 프로세스(cat)의 stdin(읽기) <= 파이프
  • shell 은 이 파이프라인 전체를 하나의 job으로 취급해야 하므로,
    • 두 프로세스를 같은 process group(PGID) 에 넣습니다.
  • 이는 foreground 실행이므로, shell은 이 process group을 foreground process group으로 설정
    • 파이프라인이 끝날 때까지 shell은 대기.

즉, 파이프라인 은 여러 process 로 구성되지만 job control 대상은 하나의 PG(process group) 임.

 

pipe에 대해 보다 자세한 건 다음을 참고:

Ctrl+z 를 수행하고 다음의 명령어로 이를 확인할 수 있음:

ps -o pid,pgid,sid,tty,cmd | grep -E 'sleep|cat'
  • PID: sleep와 cat은 서로 다른 PID 를 가짐 = 프로세스 2개
  • PGID: 둘이 같은 PGID => process group 1개 (하나의 job )
  • SID: 둘이 같은 SID => 같은 session(같은 터미널 로그인 흐름)
  • TTY: 같은 pts/X => 같은 터미널에 속함.

7-2 Ctrl + z 가 파이프 라인 전체를 중지시킴

Ctrl+z를 누르면:

  1. 터미널(TTY)은 “현재 foreground로 지정된 process group”을 알고 있는 상태임.
  2. Ctrl+z 입력은 터미널 드라이버에 의해 foreground process group 전체에 SIGTSTP로 전달.
  3. 그 foreground process group에는 sleep와 cat이 함께 들어있기 때문에 두 프로세스가 동시에 중지됨.
  4. 각 프로세스는 중지되면서, 그 프로세스 내부의 모든 thread(task) 도 실행이 멈춘 상태가 됨.

Ctrl+z는 “프로세스 하나”가 아니라 “foreground process group”을 타겟으로 하므로 파이프라인 전체가 멈춤.

7-3 Job Control

중지된 뒤 jobs를 통해 job id 등을 확인:

jobs

출력은 다음과 같은 형태임:

[1]  Stopped                 sleep 100 | cat

즉, shell 은 파이프라인 전체를 하나의 job([1]) 으로 관리

 

이때 fg, bg는 프로세스가 아니라 process group을 대상으로 동작.

멈춘 job을 재개하려면:

bg %1

이를 foreground로 가져오려면:

fg %1

같이보면 좋은 자료

2024.05.14 - [CE] - [CE] Process State (or Process Life Cycle)

 

[CE] Process State (or Process Life Cycle)

Process States (or Process Life Cycle)이는 프로세스가 가질 수 있는 상태를 가르키며, 프로세스의 life cycle을 보여준다. 프로세스는 프로그램이 실행되기 위해 메인메모리에 적재된 프로그램의 instance라

ds31x.tistory.com

 

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