프로세스 & 스레드

프로세스와 스레드의 차이

프로세스(Process): 운영체제로부터 자원을 할당받은 작업의 단위

스레드(Thread): 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 흐름의 단위 

 

프로세스

 

개념

• 프로세스는 메모리에 올라와 실행 중인 프로그램의 독립 객체
• 프로그램을 실행시키면 프로세스 객체 생성 
• 프로세스는 OS로부터 시스템 자원을 할당받아 실행되는데, 이때 할당받는 시스템 자원은 CPU 시간, 운영을 위해 필요한 주소 공간, 메모리 영역 

특징

• 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap) 할당 
  • Code: 실행할 프로그램의 코드나 명령어들이 기계어 형태로 저장된 영역
  • Data: 전역 변수와 정적 변수가 저장되는 영역 , 프로그램이 실행되면서 할당되고 종료되면서 소멸
  • Stack: 함수 안에서 선언된 지역변수, 매개변수, 리턴 값등이 저장, 함수 호출시 기록되고 종료되면 제거(임시 메모리 영역)
  • Heap: 관리 가능한 데이터 이외의 다른 형태의 데이터를 관리하기 위한 자유공간(동적 할당)
• 프로세스 내부에는 최소 1개의 스레드(thread) 소유 
• 각 프로세스는 별도의 독립된 주소 공간에서 실행, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근할 수 x 
• 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신이 필요(IPC, Inter-Process-Communication)

멀티 프로세스

 

개념 

• 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것
• CPU는 한번에 한가지 명령어만 처리 가능  => 동시에 여러 프로세스 실행 x => 프로세스를 빠르게 번갈아 실행(Context Switching)
• **Context Switching(문맥교환) => 운영체제(1) 게시글 참고 
  • CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는 과정
  • 동작 중인 프로세스가 대기하면서 해당 프로세스의 상태를 PCB(Process Control Block)에 보관 후 자신의 순서가 왔을 때 이전의 상태를 복구하여 처리 

특징

• 여러개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 발생하면 그 자식 프로세스만 죽는 것 이상으로 다른 영향이 확산 x
• IPC의 복잡성으로 인해 오버헤드 발생 가능
• 여러 프로세스가 동시에 실행될 때, CPU는 프로세스 간 전환을 위해 Context Switching을 해야하는데 이 과정에서 오버헤드 발생 가능 

스레드

 

개념

• 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위
• 프로세스와 다르게 스레드 간 메모리를 공유하며 작동
• 하나의 프로세스는 적어도 하나의 스레드 소유

특징

• Stack 영역만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유
• 스레드는 병렬로 실행될 수 있으므로, 각자의 호출 스택을 독립적으로 관리할 수 있어야 한다. 
• 각각의 스레드는 별도의 레지스터와 스택을 갖고 있지만 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있다. 
• 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면 다른 이웃 스레드는 그 변경 결과를 볼 수 있다.

멀티스레드

 

개념

• 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드는 하나의 작업을 처리 => 다수의 작업 수행 가능 
• 하나의 스레드가 긴 작업을 처리하는 동안에도 다른 스레드가 사용자와 상호작용 가능 => 프로그램 응답성 유지

특징

• 장점
  • 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원의 효율적 관리 가능
  • 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching 빠름
  • 프로세스 내 메모리 공유하므로 시스템 자원 소모 감소 
  • 간단한 통신 방법으로 프로그램 응답 시간 단축
• 단점
  • 프로세스 외부에서 스레드 제어 불가
  • 자원 공유 문제 발생 => 동기화 문제(Race Condition & Deadlock)
  • 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 스레드에 영향 => 스레드들이 같은 프로세스의 자원(메모리)을 공유 

멀티 프로세스가 아닌 멀티 스레드를 사용하는 이유?

1. 자원의 효율성

• 시스템 콜 감소
• 프로세스 간 Context Switching 시 단순히 CPU 레지스터 교체뿐 아니라 RAM 과 CPU 사이 캐시 메모리에 대한 데이터까지 초기화되므로 오버헤드가 크기 때문
• **RAM과 CPU 사이의 캐시 메모리는 CPU가 빠르게 데이터에 접근할 수 있도록 도와주는 역할을 하는데 Context Switching을 하게 될 경우엔 캐시에 있던 이전 프로세스의 데이터 초기화 후 새로운 데이터로 채워야 함 => 오버헤드 

2. 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축

• IPC 보다 스레드 간 통신이 비용이 더 적음
• 프로세스 간 전환 속도보다 스레드 간 전환 속도가 빠름 

 

참고

https://trumanfromkorea.tistory.com/51

[운영체제] 프로세스와 스레드 (Process & Thread)

https://velog.io/@aeong98/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9COS-%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4%EC%99%80-%EC%8A%A4%EB%A0%88%EB%93%9C

[운영체제] 프로세스와 스레드