프로세스 (Process) / 스레드 (Thread)

프로세스 (Process)

# 운영체제로부터 자원을 할당받은 작업의 단위

# 실행 중인 프로그램

# 메모리에 들어와 실행되고있는 프로그램의 인스턴스

# 스케줄링의 대상이 되는 작업(task)와 동일 의미

 

프로세스 내부에는 최소 하나의 스레드를 가지고 있다.

실제로는 스레드 단위로 스케줄링을 진행한다.

프로그램을 실행하게 되면 메모리 할당이 우선적으로 진행되고, 할당된 메모리 공간으로 바이너리 코드가 올라간다.

이때부터 프로세스라고 한다.

 

 

프로세스에 할당되는 시스템 자원

1. CPU 시간
2. 필요 메모리 주소 공간
3. Code, Data, Stack, Heap 구조 메모리 영역

 

 

 

프로세스 특징

1. 각 프로세스마다 독립된 Code, Data, Stack, Heap 메모리 영역을 할당받는다.
2. 기본적으로 프로세스 당 최소 1개 이상의 스레드를 가지고 있다.
3. 각 프로세스는 각자 별도의 주소 공간에 별개로 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료 구조에 접근할 수 없다.
4. 프로세스가 다른 프로세스에 접근하려면 IPC (Inter-Process Communication, 프로세스 간의 통신)을 사용해야 한다.

 

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스레드 (Thread)

# 프로세스 내에서 실행되는 작업의 흐름 단위

# 프로세스가 수행되는 경로

# 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행단위

 

 

스레드 특징

1. 각 프로세스 내에서의 스레드는 각각 Stack 영역만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
2. 스레드는 프로세스 내에서 동작되는 작업의 흐름으로서, 한 프로세스 내에 주소 공간이나, 자원들을 같은 프로세스 내의 스레드들끼리 공유하면서 실행된다.
3. 같은 프로세스 내의 여러 스레드들은 같은 힙 공갑은 공유한다.
4. 각각의 스레드는 별도의 Stack, 레지스터를 갖고 있지만, Heap 메모리는 서로 공유하고 읽고 사용할 수 있다.
5. 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하게 되면, 다른 이웃 스레드 (sibling thread)도 그 변경 결과를 즉시 볼 수 있다.

 

 

자바 스레드

일반적인 스레드와 거의 동일하고 JVM이 운영체제의 역할을 한다.

자바에는 프로세스가 존재하지 않고 스레드만 존재한다.

따라서, 자바 스레드는 JVM에 의해 스케줄링되는 작업 실행 단위이다.

스레드와 관련된 정보들도 JVM이 관리한다.

 

 

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멀티 프로세스

이름에서 알 수 있듯이 하나의 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록하는 것이다.

 

 

▶ 장점

1. 생성한 여러 프로세스 중 하나에 문제가 발생하면 그 프로세스만을 없애는 것으로 영향이 확산되지 않는다.

 

▶ 단점

1. ContextSwitching에서 오버헤드가 발생한다.
   
   • ContextSwitching 이라는 것은 CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는 과정을 뜻한다.
     동작 중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태(Context)를 보관하고, 대기하는 다음 프로세스가 동작하면서 직전에 보관했던 프로세스의 상태를 복구하면서 실행하는 작업 과정이다.
2. 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 ContextSwitching 이 발생하면 다시 캐시에 있는 모든 데이터를 초기화하고 다시 캐시 정보를 불러와야 한다.
3. 프로세스가 다른 프로세스에 접근하기 위해 IPC를 사용하여야 하는데 이 또한 복잡하고 어렵다고 한다.

 

 

 

멀티 스레드

멀티 프로세스와 다르게 하나의 프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드 당 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.

이 말인즉슨, 하나의 프로그램을 실행할 때 하나의 프로세스의 여러 개의 스레드로 운영하겠다는 뜻이다.

윈도우, 리눅스와 같은 많은 운영체제들이 멀티 프로세싱을 지원하지만 멀티 스레드를 기본으로 하고있고, 웹 서버는 멀티 스레드를 사용하는 대표적인 프로그램이다.

 

 

▶ 장점

1. 프로세스를 생성하여 자원을 할당해야 하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 낭비하지 않아 시스템 자원 소모량이 감소한다.
2. 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 더운 간단하고 시스템 자원 소모가 줄어든다.
3. 스레드 사이의 작업량이 작아 ContextSwitching이 빠르다.
4. 스레드는 따로 할당받는 Stack영역을 뺴고 공유하기 때문에 멀티 프로세스처럼 초기화하고 다시 정보를 불러들이는 것이 아니라서 통신의 부담이 적고 프로그램 처리 시간 및 응답 시간이 단축된다.

 

▶ 단점

1. 디버그가 까다롭다.
2. 단일 프로세스 시스템의 경우에 효과가 떨어진다.
3. 다른 프로세스에서 스레드를 제어할 수 없다.
4. 멀티 스레드의 경우 동기화로 인한 자원 공유의 문제가 발생한다.
5. 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다.