스레드(Thread)

기운찬곰·2020년 9월 29일

CS 운영체제

Computer Science

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🚀 스레드(Thread)

예전에는 하나의 프로세스가 하나의 스레드를 가진 단일 스레드 형식이었습니다.
그러나 거의 모든 현대 운영체제는 이제 한 프로세스가 다중 스레드를 포함하는 특성을 제공합니다.

스레드 개요

스레드는 CPU 이용의 기본 단위. 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위
각 스레드는 스레드 ID, 프로그램 카운터, 레지스터 집합, 스택으로 구성되어있음
같은 프로세스에 속하는 스레드는 서로 코드, 데이터섹션, Heap, 열린파일이나 신호와 같은 운영체제 자원들을 공유

스레드 개수에 따른 프로세스

중량 프로세스 : 단일 스레드를 가진 프로세스
경량 프로세서 : 하나의 프로세스가 다수의 제어 스레드를 가진 프로세스 (멀티스레드, 다중스레드). 동시에 여러 작업들을 수행

스레드는 왜 필요한가?

예를들어 웹서버는 수많은 클라이언트로부터 요청을 받습니다. 만약 단일 프로세스 프로세스로 작동한다면, 자신의 단일 프로세스로 한번에 하나의 클라이언트만 서비스 할 수 있게되어 오랫동안 기다려야 합니다.

멀티 프로세스
서버에서 서비스 요청이 들어오면, 프로세스는 그 요청을 수행하기 위해 별도의 프로세스를 생성하는건 어떨까요? 이런 방식을 멀티 프로세싱라고 합니다. 안타깝지만 Context Switching과정에서의 오버헤드와 프로세스 사이의 통신이 어렵고 자원적으로 낭비입니다.

멀티스레드
따라서 대부분의 프로그램은 하나의 프로세스안에 여러개의 스레드로 구성해서 처리하는 방식을 사용합니다. 이를 멀티 스레딩라고 합니다. 자원을 공유해서 효과적이고, 통신간 비용이 적습니다. 구체적인 장단점은 아래에서 확인해보도록 합시다.

🪁 멀티 스레드의 장점과 단점

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

장점

시스템 자원 소모 감소(자원의 효율성 증대) : 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리
시스템 처리량 증가(처리 비용 감소) : 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다.
간단한 통신 방법으로 인한 프로그램 응답 시간 단축 : 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적다.

곰곰히 생각해보면 결국 프로세스와는 다르게 스레드는 자원을 공유하기 때문에 여러 부가적인 장점들이 생기게 된다는 것을 알 수 있습니다.

단점

스레드 하나가 프로세스 내 자원을 망쳐버린다면 모든 프로세스가 종료될 수 있다.
자원을 공유하기 때문에 필연적으로 동기화 문제가 발생할 수밖에 없다.

동기화 문제에 대해서는 나중에 자세히 다룰것입니다.

🌹 멀티코어와 멀티스레딩

멀티코어는 CPU안에 코어가 여러개 있는 형태를 의미합니다. 당장 멀리 갈 것도 없이 Windows 기준으로 작업 관리자를 열어 보면 실행 중인 프로그램(프로세스)들이 코어 단위가 아닌 스레드 단위로 취급하고 있습니다.

제 컴퓨터 같은 경우에는 코어의 개수가 4개인것을 볼 수 있습니다.

멀티코어를 더 효율적으로 사용할 수 있고 병행 실행을 더 향상 시킬 수 있는 기법을 제공하는게 바로 멀티스레드 프로그래밍입니다.

원래는 하나의 코어는 한번에 오직 하나의 스레드만 실행 할 수 있었습니다. 그러다가 2008년 1세대 코어 i 시리즈부터 하이퍼스레딩이 다시 도입되면서 코어 개수 = 스레드 개수가 항상 성립되는 것은 아니게 되었습니다. 덕분에 여러 스레드가 코어에 적재됨으로써 빠른 문맥 교환이 가능해졌습니다.