CS학습2026.10.247 min read

Process 관리: 실행 중인 프로그램의 상태를 확인하고 제어하는 방법

프로세스(Process)는 실행 중인 프로그램의 인스턴스이며, 운영체제는 PID와 상태 정보로 이를 관리한다. 이 글에서는 프로세스의 생성과 종료 과정, 상태 전이, 시그널(Signal)을 설명하고, `ps`, `kill`, `jobs` 같은 리눅스 명령과 Python 코드로 직접 확인해 본다. 웹 서버 운영 중 마주치는 좀비 프로세스, 포트 점유, gra

By 송민성

1. 개념

프로세스(Process)는 디스크에 저장된 프로그램이 메모리에 적재되어 실행 중인 상태의 인스턴스다. 같은 프로그램을 두 번 실행하면 서로 다른 프로세스 두 개가 만들어진다.

리눅스 커널은 각 프로세스에 다음 정보를 할당하고 관리한다.

PID(Process ID): 프로세스를 구분하는 고유 번호
PPID(Parent PID): 자신을 생성한 부모 프로세스의 PID
독립된 가상 주소 공간: 코드, 데이터, 힙(heap), 스택(stack)
파일 디스크립터(file descriptor) 테이블: 열린 파일과 소켓 목록
상태(state), 우선순위, 소유 사용자(UID)

프로세스와 구분해야 할 개념이 스레드(Thread)다. 스레드는 프로세스 안에서 주소 공간을 공유하며 실행되는 단위이고, 프로세스끼리는 기본적으로 메모리를 공유하지 않는다.

2. 왜 사용하는가

운영체제는 CPU 하나에서 여러 프로그램을 번갈아 실행한다. 이때 프로그램마다 독립된 실행 단위가 있어야 다음이 가능하다.

격리(isolation): 한 프로세스가 비정상 종료되어도 다른 프로세스의 메모리는 손상되지 않는다.
자원 관리: CPU 시간, 메모리, 파일 핸들을 프로세스 단위로 할당하고 회수한다.
제어: 문제가 생긴 프로그램만 골라 중지하거나 종료할 수 있다.

개발자 입장에서 프로세스 관리는 서버가 멈췄을 때 원인을 찾고, 배포 시 안전하게 재시작하고, 리소스 누수를 추적하는 기본 도구다.

3. 동작 원리

3.1 프로세스 생성: fork와 exec

리눅스에서 새 프로세스는 보통 두 단계로 만들어진다.

fork(): 호출한 프로세스(부모)를 복제해 자식 프로세스를 만든다. 자식은 새로운 PID를 받는다.
exec() 계열: 자식 프로세스의 메모리 내용을 새 프로그램으로 교체한다.

셸에서 ls를 입력하면, 셸이 fork()로 자식을 만들고 자식이 exec()로 ls를 실행한다. 부모(셸)는 wait()로 자식의 종료를 기다린다.

3.2 프로세스 상태

ps의 STAT 열에서 확인할 수 있는 대표 상태는 다음과 같다.

코드	상태	의미
R	Running/Runnable	실행 중이거나 실행 대기 중
S	Interruptible Sleep	이벤트(I/O, 시그널 등)를 기다리는 중
D	Uninterruptible Sleep	보통 디스크 I/O 등을 기다리며 시그널로 깨울 수 없음
T	Stopped	중지됨 (예: SIGSTOP, Ctrl+Z)
Z	Zombie	종료됐지만 부모가 종료 상태를 아직 회수하지 않음

3.3 좀비와 고아 프로세스

좀비 프로세스(zombie process): 자식이 종료됐지만 부모가 wait()로 종료 상태를 읽지 않아 프로세스 테이블 항목이 남아 있는 상태. 메모리는 대부분 해제되었고 PID와 종료 상태 정보만 남는다.
고아 프로세스(orphan process): 부모가 먼저 종료된 자식. 일반적으로 init(PID 1, 보통 systemd)이나 subreaper 프로세스가 새 부모가 되어 종료 상태를 회수한다.

3.4 시그널(Signal)

시그널은 프로세스에 보내는 비동기 알림이다. 자주 쓰는 시그널은 다음과 같다.

시그널	번호(리눅스 x86)	의미	처리 가능 여부
SIGHUP	1	터미널 연결 끊김, 설정 재로드 관례	가능
SIGINT	2	Ctrl+C 인터럽트	가능
SIGKILL	9	강제 종료	처리·무시 불가
SIGTERM	15	정상 종료 요청 (kill 기본값)	가능
SIGSTOP	19	실행 중지	처리·무시 불가

SIGTERM은 프로세스가 정리 작업(연결 종료, 파일 flush)을 한 뒤 종료할 기회를 준다. SIGKILL은 커널이 즉시 프로세스를 제거하므로 정리 작업이 불가능하다.

4. 코드 예제

4.1 셸에서 프로세스 확인과 제어

shell

# 현재 셸의 PID와 부모 PID
echo "shell PID=$$ PPID=$PPID"

# 백그라운드로 sleep 실행 후 PID 확인
sleep 300 &
echo "background PID=$!"

# 특정 프로세스 상세 정보 (PID, 부모, 상태, 명령어)
ps -o pid,ppid,stat,etime,cmd -p $!

# 전체 프로세스를 트리 형태로 확인
ps -ef --forest | head -20

# 이름으로 검색
pgrep -a sleep

# 정상 종료 요청 (SIGTERM)
kill $!

# 종료 확인
sleep 1; ps -p $! || echo "종료됨"

ps -ef --forest의 --forest는 GNU procps 옵션이라 리눅스에서 동작한다. macOS의 BSD ps에서는 지원되지 않는다.

4.2 포트를 점유한 프로세스 찾기

shell

# 8080 포트를 사용하는 프로세스 확인
ss -ltnp 'sport = :8080'

# lsof 사용 (macOS에서도 가능)
lsof -i :8080

4.3 Python으로 fork, exec, wait 체험

python

import os
import sys

pid = os.fork()

if pid == 0:
    # 자식 프로세스
    print(f"[자식] PID={os.getpid()}, PPID={os.getppid()}")
    os.execvp("echo", ["echo", "자식이 echo 프로그램으로 교체됨"])
    sys.exit(1)  # exec 성공 시 도달하지 않음
else:
    # 부모 프로세스
    print(f"[부모] PID={os.getpid()}, 자식 PID={pid}")
    finished_pid, status = os.waitpid(pid, 0)
    print(f"[부모] 자식 {finished_pid} 종료, exit code={os.waitstatus_to_exitcode(status)}")

os.fork()는 Unix 계열(리눅스, macOS)에서만 동작하며, os.waitstatus_to_exitcode는 Python 3.9 이상에서 사용할 수 있다.

4.4 Python으로 SIGTERM 처리 (graceful shutdown)

python

import signal
import time
import os

running = True

def handle_sigterm(signum, frame):
    global running
    print(f"시그널 {signum} 수신: 정리 작업 후 종료합니다")
    running = False

signal.signal(signal.SIGTERM, handle_sigterm)
signal.signal(signal.SIGINT, handle_sigterm)

print(f"PID={os.getpid()} 실행 중. 다른 터미널에서 'kill {os.getpid()}' 를 실행해 보세요.")

while running:
    time.sleep(1)

print("리소스 정리 완료. 종료.")

4.5 좀비 프로세스 만들어 보기

python

import os
import time

pid = os.fork()

if pid == 0:
    os._exit(0)  # 자식은 즉시 종료
else:
    print(f"자식 PID={pid}. 30초 동안 wait()를 호출하지 않습니다.")
    print(f"다른 터미널에서 'ps -o pid,stat,cmd -p {pid}' 로 Z 상태를 확인하세요.")
    time.sleep(30)
    os.waitpid(pid, 0)  # 이제 회수
    print("좀비 회수 완료")

5. 시간 복잡도 또는 성능 특성

프로세스 관리에는 자료구조식 시간복잡도보다 비용의 성질을 이해하는 것이 중요하다.

fork 비용: 현대 리눅스는 쓰기 시 복사(Copy-on-Write, COW)를 사용한다. fork() 시점에 메모리를 전부 복사하지 않고 페이지 테이블만 복제하며, 어느 쪽이든 페이지를 수정할 때 해당 페이지를 복사한다. 다만 메모리를 많이 쓰는 프로세스일수록 페이지 테이블 복제 비용은 커진다.
컨텍스트 스위치(context switch): 프로세스 간 전환은 레지스터 저장·복원과 주소 공간 전환을 수반한다. 같은 프로세스 내 스레드 전환보다 일반적으로 비용이 크다.
프로세스 수 제한: 시스템 전체의 PID 최대값(/proc/sys/kernel/pid_max)과 사용자별 제한(ulimit -u)이 있다.

6. 실무 사용 사례

배포와 재시작: 배포 도구나 컨테이너 런타임은 먼저 SIGTERM을 보내고 유예 시간 뒤에도 종료되지 않으면 SIGKILL을 보낸다. 애플리케이션이 SIGTERM을 처리해 진행 중인 요청을 마무리해야 요청 유실을 막는다.
멀티 프로세스 서버: Nginx(워커 프로세스), Gunicorn, Node.js의 cluster 모듈은 여러 프로세스로 CPU 코어를 활용한다.
포트 충돌 해결: EADDRINUSE 오류가 나면 lsof -i :포트 또는 ss -ltnp로 점유 프로세스를 찾아 정리한다.
서비스 관리: systemd는 서비스를 프로세스 그룹(cgroup)으로 관리하며 systemctl status로 메인 PID와 자식 프로세스를 보여준다.
컨테이너에서의 PID 1: 컨테이너 안의 첫 프로세스는 PID 1이 되어 고아 프로세스 회수와 시그널 처리 책임을 진다. 이를 위해 tini 같은 초소형 init을 쓰기도 한다.

7. 주의할 점

`kill -9`를 습관적으로 쓰지 않는다. SIGKILL은 정리 작업 없이 프로세스를 끝내므로 임시 파일 잔존, DB 연결 비정상 종료, 데이터 손상 위험이 있다. 먼저 SIGTERM을 보내고 기다린다.
좀비는 `kill`로 제거되지 않는다. 이미 종료된 상태이므로 부모가 wait()를 호출하거나 부모를 종료시켜야 정리된다.
D 상태 프로세스는 `SIGKILL`로도 즉시 종료되지 않을 수 있다. 커널 I/O 대기가 끝나야 반응하며, 보통 스토리지나 NFS 문제를 의심한다.
PID 재사용: PID는 종료 후 재사용될 수 있다. 오래된 PID 파일만 믿고 kill하면 엉뚱한 프로세스를 종료할 수 있다.
`pkill`과 `killall`의 패턴 범위: 이름 패턴이 넓으면 의도하지 않은 프로세스까지 종료된다. 먼저 pgrep -a로 대상을 확인한다.
`os.fork()`와 멀티스레드: 스레드가 있는 프로그램에서 fork하면 자식에는 호출한 스레드만 남아 락 상태가 꼬일 수 있다. 가능하면 subprocess를 사용한다.

8. 핵심 정리

프로세스는 실행 중인 프로그램이며 PID, 독립된 주소 공간, 상태를 가진다.
리눅스는 fork()로 복제하고 exec()로 프로그램을 교체하는 방식으로 프로세스를 만든다.
상태 코드(R, S, D, T, Z)를 읽으면 프로세스가 무엇을 기다리는지 짐작할 수 있다.
종료는 SIGTERM으로 먼저 요청하고, 응답이 없을 때만 SIGKILL을 쓴다.
좀비는 부모가 wait()로 회수해야 사라지며, 고아는 init이나 subreaper가 입양한다.
운영에서는 ps, pgrep, ss/lsof, kill을 조합해 원인 추적과 안전한 종료를 수행한다.