프로세스, 쓰레드, 멀티프로세싱, 멀티쓰레드

1주차(thread) 0218

---

 

프로세스와 스레드

프로세스

• 사전적 의미

  • "컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램"

  • 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스

  • 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위

    • CPU시간
    • 운영되기 위해 필요한 주소 공간
    • 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap)

• 특징

  • 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인스레드)를 가지고 있다.
  • 각 프로세스는 별도의 주소공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 벼수나 자료구조에 겁근할 수 없다.
  • 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스간의 통신(IPC, inter-process communication)을 사용해야 한다.(Ex. 파이프, 파일, 소켓 통신)

 

스레드

• 사전적 의미

  • "프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위"
  • 프로세스의 특정한 수행 경로
  • 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위

• 특징

  • 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당 받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
  • 스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하며 실행된다.
  • 각각의 스레드는 별도의 레지스터와 스택을 갖고 있지만, 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있다.
  • 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 이웃 스레드(sibling thread)도 그 변경된 결과를 즉시 볼 수 있다.

멀티 프로세스

• 멀티프로세싱이란?

  • 하나의 응용프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것.

• 장점

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

• 단점

  • Context Switching 오버헤드

    • Context Switching과정에서 캐쉬 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 등의 오 버헤드가 발생하기 된다.
    • 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 프로세스 사이에서 공유하는 메모리가 없어, Context Switching이 발생하면 캐쉬에 있는 모든 데이터를 전부 리셋하고 다시 캐쉬정보를 불러와야 한다.

  • 하나의 프로그램에 속하는 프로세스들 사이의 변수를 공유할 수 없다.

 

멀티스레드

• 멀티스레드란?

  • 하나의 응용프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드로 하여금 하나의 작업을 처리하도록 하는 것.
  • 웹 서버는 대표적인 멀티 스레드 응용프로그램이다.
  • 윈도우, 리눅스 등 많은 운영체제들이 멀티 스레딩을 기본으로 멀티프로세싱을 지원한다.

• 장점

  • 시스템 자원 소모 감소(자원의 효율성 증대)

    • 시스템콜(프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 과정)이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.

  • 시스템 처리량 증가(처리 비용 감소)

    • 스레드 간 데이터를 주고받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어든다.
    • 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다.

  • 스레드는 프로세스 내의 Stack영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적다.

• 단점

  • 설계 / 디버깅이 까다롭다.
  • 단일프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.
  • 자원을 공유하므로 동기화 문제가 발생한다.
  • 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다.

멀티스레드 vs 멀티프로세스

• 멀티프로세스 대신 멀티 스레드를 사용하는 이유?

  • 프로그램을 여러 개 키는 것보다 하나의 프로그램 안에서 여러 작업을 해결하는 것이다.

• 멀티프로세스로 할 수 있는 작업을 멀티 쓰레딩으로 하는 이유?

  • 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
  • 프로세스 간의 Context Switching시 오버헤드가 크기 때문.
  • 스레드는 프로세스 내의 메모리를 공유하기 때문에 스레드간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원소모가 줄어든다.