[N/W] 프로세스(Process) VS 스레드(Thread)

프로세스(Process), 스레드(Thread) 란?

 

 

먼저 간단 설명!

 

프로그램이란, 파일이 저장 장치에 저장되어 있지만 메모리에는 올라가 있지 않은 정적인 상태 즉 코드 덩어리 파일을 말한다.

이 프로그램 실행 시 컴퓨터 메모리에 올라가면서 동적인 상태 즉, 실행되고 있는 프로그램을 프로세스라고 한다.

이 프로세스 내에서 실제로 작업을 수행하는 주체를 스레드라고 한다.

 

사전적 정의로는,

• 프로그램(Program) : 컴퓨터 프로그램(computer program)은 컴퓨터에서 실행될 때 특정 작업(specific task)을 수행하는 일련의 명령어들의 모음(집합)
• 프로세스(Process) : 운영체제로부터 자원을 할당받은 작업의 단위.
• 스레드(Thread) : 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 흐름의 단위.

 

프로세스와 스레드에 대해 자세히 들여다보자~

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🔥 프로세스(Process) 

• 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위
• 이때, 운영체제는 프로세스마다 각각 Code, Data, Stack, Heap의 구조로 되어 있는 독립된 메모리 영역을 할당해 준다.
• 즉, 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행된다. 따라서 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료에 접근할 수 없다.

*한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신(IPC, inter-process communication)을 사용해야 한다.

ex) 파이프, 파일, 소켓 등을 이용한 통신 방법

프로세스들이 운영체제로부터 별도의 메모리 영역을 할당받은 모습

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🔥 스레드(Thread)

• 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위이다.
• 즉, 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위
• 스레드는 프로세스와 달리 Stack 외 나머지 Code, Data, Heap 형식의 메모리 영역은 공유한다.

(*Stack은 LIFO 구조이기 때문)

• 즉, 같은 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들을 공유하면서 실행.
• 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면 다른 이웃 스레드(Sibling thread)도 변경된 사항을 확인할 수 있다.

쓰레드의 메모리 영역

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따라서 프로세스와 스레드의 메모리 영역 차이점을 통해,

• 프로세스는 실행 중 오류 발생으로 강제 종료가 된다면 다른 프로세스에 영향을 주지 않지만,
• 스레드는 공유되는 메모리 영역(Code, Data, Heap)으로 인해 스레드 하나에 오류 발생 시 같은 프로세스 내의 다른 스레드에게 영향을 준다는 것을 알 수 있다.

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위에서 배운 프로세스와 스레드로 프로그램의 성능을 높이는 처리 방법에는 멀티 프로세스와 멀티 스레드가 있다.

 

🔥 멀티 프로세스(Multi Process)

하나의 응용프로그램을 여러 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록 실행

 

• 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 하나의 프로그램에 속하는 프로세스들 사이의 변수를 공유할 수 없다.
• Context Switching 오버헤드가 발생할 수 있는데, 그 과정에서 캐시 메모리 등 무거운 작업이 진행과 Task수행에 있어서 오버헤드가 발생하게 된다.

✔️ Context Switching

: CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는 것

즉, 동작 중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태(Context)를 보관하고, 대기하고 있던 다음 순서의 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했든 프로세스의 상태를 복구하는 작업

 

✔️ Context Switching에서의 오버헤드(Overhead)

Context Switching 과정에서 캐시 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 등의 오버헤드가 발생하게 된다.
프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 프로세스 사이에서 공유하는 메모리가 없어, 

Context Switching가 발생하면 캐시에 있는 모든 데이터를 모두 리셋하고 다시 캐쉬 정보를 불러오는 과정에서 오버헤드 발생

*오버헤드(Overhead) : 추가적으로 시간, 메모리, 자원이 사용되는 현상

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🔥 멀티 스레드(Multi Thread)

하나의 프로세스에 여러개의 스레드로 자원을 공유하며 작업을 나누어 수행하는 것
WIndow, Linux 등 많은 운영체제들이 멀티 프로세싱을 지원하고 있지만 멀티스레딩을 기본으로 하고있습니다.
대표적인 멀티스레딩의 예는 웹서버를 들 수 있습니다.

멀티 스레드(Multi Thread)

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✔️ 멀티 프로세스(Multi Process)와 멀티 스레드(Multi Thread) 비교

종류	장점	단점
멀티 프로세스	하나의 프로세스가 죽어도 다른 프로세스에게 영향을 끼치지 않는다.	각각 독립된 메모리 영역을 가지므로 작업량이 많을수록 오버헤드 발생 Context Switching으로 인한 성능 저하 유발
멀티 스레드	프로세스를 생성하는 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 효율적으로 자원을 관리할 수 있다. Context-Switching할 때 공유하고 있는 메모리만큼의 메모리 자원을 아끼고 통신 부담이 적어응답시간 단축 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적어서 응답 시간이 빠르다.	프로그램 디버깅이 어렵다. 스레드 하나에 문제가 생기면 전체적인 프로세스에 영향을 끼친다. 주의 깊은 설계 필요 자원을 공유하기 때문에 필연적으로 동기화 문제가 발생할 수밖에 없다.