Operating System - 프로세스 & 스레드

프로세스(Process)

프로그램(Program)이란?

ㆍ 어떤 작업을 위해 실행할 수 있는 파일

 

프로세스(Process)란?

ㆍ 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 프로그램

ㆍ 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스

ㆍ 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위

ㆍ 즉, 실행되는 프로그램을 의미

 

프로세스가 할당받는 시스템 자원

ㆍ CPU 시간

ㆍ 운영되기 위해 필요한 주소 공간

ㆍ Code, Data, Stack, Heap의 구조로 되어있는 독립된 메모리 영역

 

프로세스의 특징

 

ㆍ 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap)을 할당받는다.

ㆍ 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다.

ㆍ 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료 구조에 접근할 수 없다.

ㆍ 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신(IPC)을 사용해야 한다.

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스레드(Thread)

스레드(Thread)란?

ㆍ 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위

ㆍ 프로세스의 특정한 수행 경로

ㆍ 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위

 

스레드의 특징

 

ㆍ 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.

ㆍ 스레드는 하나의 프로세스 내에서 동작하는 여러 실행 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.

ㆍ같은 프로세스 안에 있는 여러 스레드들은 같은 힙 공간을 공유한다. 반면에, 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근할 수 없다.

ㆍ 하나의 스레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 이웃 스레드(Sibling Thread)도 그 변경 결과를 즉시 볼 수 있다.

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멀티 프로세스

멀티 프로세스란?

ㆍ 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것

 

멀티 프로세스의 특징

장점

ㆍ 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 발생하면, 그 자식 프로세스만 죽는 것 이상으로 다른 영향이 확산되지 않는다.

 

단점

ㆍ Context Switching 과정에서 캐시 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 등의 오버헤드가 발생하게 된다.

ㆍ 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 프로세스 사이에서 공유하는 메모리가 없어, Context Switching이 발생하면 캐시에 있는 모든 데이터를 모두 리셋하고 다시 캐시 정보를 불러와야 한다.

ㆍ 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 하나의 프로그램에 속하는 프로세스들 사이의 변수를 공유할 수 없다.

Context Switching이란?

ㆍ CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는 과정을 의미한다.

ㆍ 구체적으로는, 동작 중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태(Context)를 보관하고, 대기하고 있던 다음 순서의 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 프로세스의 상태를 복구하는 작업을 말한다.

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멀티 스레드

멀티 스레드란?

ㆍ 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고, 각 스레드로 하여금 하나의 작업을 처리하도록 하는 것

 

멀티 스레드의 특징

장점

ㆍ 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 System Call이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.

ㆍ 스레드 간 데이터를 주고받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.

ㆍ 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다.

ㆍ 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리 영역을 공유하기 때문에 통신의 부담이 비교적 적다.

 

단점

ㆍ 주의 깊은 설계가 필요하다.

ㆍ 디버깅이 까다롭다.

ㆍ 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.

ㆍ 다른 프로세스에서 스레드를 제어할 수 없다.

ㆍ 멀티 스레드의 경우 자원 공유의 문제(동기화 문제)가 발생한다. 

ㆍ 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다.

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출처

ㆍ https://gmlwjd9405.github.io/2018/09/14/process-vs-thread.html