쓰레드와 프로세스의 차이점
스레드와 프로세스 차이점을 알기 위해 프로그램을 먼저 알아야 한다.
📚 프로그램이란 ?
파일이 저장 장치에 저장되어 있지만 “메모리에는 올라가 있지 않은 정적”인 상태를 뜻한다.
메모리에 올라가지있지 않은 아직 운영체제가 프로그램에게 독립적인 메모리 공간을 할당해주지 않았다는 뜻. 모든 프로그램은 운영체제가 프로글매에게 실행되기 위한 메모리 공간을 할당해 줘야 실행될 수 있다.
정적인 상태 : 정적이라는 단어 그대로, 움직이지 않는 상태라는 뜻. 한 마디로 아직 실행되지 않고 가만히 있다는 뜻이다.
쉽게 말해 프로그램이라는 단어는 아직 실행되지 않은 파일 그 자체를 가리키는 말. 윈도우 exe 파일이나 MacOS의 dmg 파일 등등 사용자가 눌러서 실행하기 전 파일을 말한다. 쉽게 말해 코드 덩어리다.
📚 프로세스
프로그램을 실행하는 순간 해당 파일은 컴퓨터 메모리에 올라가게 되고, 이 상태를 동적 인 상태라고 하며, 이 상태의 프로그램을 프로세스 라고 한다.
📚 쓰레드란 ?
운영체제는 안정성을 위해서 프로세스마다 자신에게 할당된 메모리 내의 정보에만 접근할 수 있도록 제약을 두고 있고, 이를 벗어나는 정보에 접근하려면 오류가 발생한다. 프로세스와는 다른 더 작은 실행 단위 개념이 스레드.
스레드는 프로세스와 다르게 스레드 간 메모리를 공유하며 작동한다. 스레드끼리 프로세스의 자원을 공유하면서 프로세스 실행 흐름의 일부가 되는 것이다. 스레드도 코드에 비유하자면 스레드는 코드 내에 선언된 함수들이 되고 main 함수 또한 일종의 스레드라고 볼 수 있게 되는 것.
한줄 요약 : 프로세스와는 다른 더 작은 실행 단위 개념.
스레드는 프로세스의 코드에 정의된 절차에 따라 실행되는 특정한 수행 경로이다.
프로세스와 스레드의 작동 방식에 대한 자세한 설명
프로세스가 메모리에 할당될 때 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는다. 이 떄 운 영체제는 프로세스마다 각각 독립된 메모리 영역을 Code/Data/Stack/Heap 의 형식으로 할당해 준다. 각각 독립된 메모리 영역을 할당해 주기 때문에 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료에 접근할 수 없다.
이와 다르게 스레드는 메모리를 서로 공유할 수 있다. 프로세스가 할당받은 메모리 영역 내에서 Stack 형식으로 할당된 메모리 영역은 따로 할당받고, 나머지 Code/Data/Heap 형식으로 할당된 메모리 영역을 공유한다. 따라서 각각의 스레드는 별도의 스택을 가지고 있지만 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있게 된다.
Heap
힙은 스레드 간에 공유된다. 동적 메모리 할당을 통해 생성되며, 프로세스 전체에서 공유된다. 스레드는 힙 메모리에서 데이터를 할당/해제하며 서로 데이터를 읽고 쓸 수 있다.
Stack
스택은 스레드마다 별도로 할당되므로 다른 스레드가 다른 스레드의 스택에 접근할 수 없다.
→ 스택은 스레드의 독립성을 유지하기 위한 것이며, 다른 스레드가 접근할 수 있다면 실행 중인 함수 호출이 꼬이거나 데이터 무결성이 깨질 수 있기 때문이다.
Code
모든 스레드는 같은 프로그램 코드를 실행하므로, 코드 영역은 스레드 간에 공유가 된다.
하지만 읽기 전용 이므로 스레드가 이 영역을 수정할 수 없다.
→ 이유는 코드 수정이 가능하다면 프로그램의 동작이 의도치 않게 변경될 위험 때문이다.
Data
데이터 영역은 경합이 발생할 수 있다: 데이터 영역의 공유는 가능하지만, 동기화 없이 사용할 경우 경합 문제가 발생한다.
코드(Code) | 가능 (읽기 전용) | 모든 스레드가 같은 명령어를 실행. 수정은 불가능.
데이터(Data) | 가능 (주의 필요) | 전역 변수와 정적 변수를 공유. 동기화 문제 주의.
힙(Heap) | 가능 (주의 필요) | 동적 메모리를 공유. 동기화 메커니즘 필요.
스택(Stack) | 불가능 (독립적) | 각 스레드는 고유의 스택을 가짐. 다른 스레드는 접근 불가.
프로세스와 스레드의 중요한 차이를 하나 더 알 수 있게 된다. 만약 한 프로세스를 실행하다가 오류가 발생해서 프로세스사 강제로 종료된다면, 다른프로세스에게 어떤 영향이 있을까 ? 공유하고 있는 파일을 손상시키는 경우나 아니라면 아무런 영향도 주지 않는다는걸 알 수 있다.
하지만 스레드의 경우는 다르다. 스레드는 Code/Data/Heap 메모리 영역의 내용을 공유하기 떄문에 어떤 스레드 하나에서 오류가 발생한다면 같은 프로세스 내의 다른 스레드 모두가 강제로 종료된다.
스레드를 코드내에서 함수에 빗대어 표현하면 이해하기 쉬워진다. 코드 내 어떤 함수 하나에서 오류가 발생한 경험이 있을 것이다. 이 오류가 어떤 함수에서 발생했든 간에 해당 코드는 다른 함수 모두에 대한 작업을 중단하고 프로세스 실행을 끝내버린다.
결론
프로세스와 스레드는 개념의 범위부터가 다르다. 스레드는 프로세스 안에 내포되어 있기 떄문이다.
운영체제가 프로세스에게 Code/Data/Heap 메모리 영역을 할당해 주고 최소 작업 단위로 삼는 반면, 스레드는 프로세스 내에서 Stack 메모리 영역을 제외한 다른 메모리 영역을 같은 프로세스 내 다른 스레드와 공유한다. 이 같이 차이점을 알아보았다.
References
