문맥 교환(Context Switching)

문맥 교환(Context Switching)이란?

문맥이란 CPU가 지금 실행 중인 작업의 상태 정보다.

문맥 교환은 말 그대로, 작업 A를 하다 말고, 작업 B로 넘어가기 위해 A의 상태를 저장하고 B의 상태를 불러오는 것.

 

책을 읽다가 책갈피를 꽂아두고, 다른 책을 펼쳐 읽는 것과 같다.
그리고 나중에 다시 돌아와 책갈피를 확인하고 이어서 읽는 것 

왜 문맥을 교환해야 할까?

현대의 운영체제는 사용자가 동시에 여러 프로그램을 실행할 수 있게 해준다.

하지만 CPU는 한 번에 하나의 작업만 처리할 수 있기 때문에,
운영체제는 CPU를 여러 작업 사이에 번갈아 배정해서 실행한다.
이때 현재 작업의 상태를 저장하고, 다음 작업의 상태를 불러오는 과정이 바로 문맥 교환이다.

 

문맥에는 뭐가 들어 있을까?

문맥 정보	설명
Program Counter (PC)	다음에 실행할 명령의 주소
CPU 레지스터 값	연산에 사용되던 변수 값 등
Stack Pointer	함수 호출 정보가 있는 스택 위치
프로세스 상태 값	실행 중인지, 대기 중인지 등
메모리 정보	가상 메모리 주소 등

 

운영체제는 모든 정보를 PCB(Process Control Block)에 저장해두고,
필요할 때 다시 불러와서 작업을 이어서 실행한다.

문맥 교환의 단점 (오버헤드)

문맥 교환은 시스템이 여러 작업을 효율적으로 처리하게 해주는 좋은 기능이지만,

매번 작업을 저장하고 불러오는 데는 비용이 든다. 즉, 오버헤드 발생

오버헤드 요소	설명
시간 낭비	상태 저장/복원 자체가 CPU 자원을 소모함
캐시 무효화	CPU 캐시가 날아가면서 성능 저하 발생
과도한 교환	너무 자주 바뀌면 오히려 작업이 느려짐 (thrashing)

 

요약하자면

 

정의: CPU가 다른 작업으로 전환할 때, 현재 작업 상태를 저장하고 다음 작업을 불러오는 과정

왜 필요??: 멀티태스킹, 응답성 향상, 자원 효율성

어떻게 작동하는데?: 운영체제가 문맥을 PCB에 저장/복원

단점은?: 오버헤드 존재 → 성능 저하 유발 가능