📌[OS] Process 2, 3

📖 01. Thread

• 프로세스 내부의 CPU 수행 단위가 여러개 있는 경우를 Thread라고 한다.

• 프로세스가 주어지면 코드, 데이터, 스택으로 구성된 주소공간이 프로세스마다 만들어진다. 그리고 프로세스를 관리하기 위해서 운영체제 내부에 PCB라는 것을 두고 있다. 프로세스의 상태를 나타내고 아이디를 나타내고 프로그램 카운터(지금 메모리의 어느 부분을 수행하고 있는지 가르키는 레지스터), 레지스터 셋이 만들어진다. 현재 메모리에 어느 부분을 수행하고 있는지 프로그램 카운터가 가리키고 있다. 동일한 일을 하는 프로세스를 여러개 있다고 한다면 주소공간이 여러개 만들어 질 것이다. 프로세스마다 별도의 주소공간이 만들어져서 메모리가 낭비가 된다.
  같은 일을 하는 여러개의 프로세스를 띄어놓고 싶다면 주소공간 즉, 메모리 공간을 하나만 띄어놓고 프로세스마다 다른부분의 코드를 수행 할 수 있도록 해야한다.
  -> 그게 바로 쓰레드의 개념이다.

• 쓰레드라는 것은 일단 프로세스를 하나만 띄어놓고 현재 CPU가 코드의 어느부분을 실행하고 있는가 즉, 프로그램 카운터만 여러개를 두는 것이다. 프로세스 하나의 프로세스 수행단위를 여러 개 두는것을 쓰레드라고 부른다.

• CPU 수행을 위해서는 즉, instruction을 수행하기 위해서는 현재 코드의 어느 부분을 가리키고 있는 프로그램 카운터가 존재해야 할 것이고 그 CPU에서 실행되면서 필요한 메모리의 레지스터 값을 셋팅해놓아야 한다.

• 그래서 PCB에서는 각 쓰레드(CPU 수행 단위)마다 현재 레지스터에 어떤값을 넣고 프로그렘카운터가 코드의 어느 부분을 가리켰는지를 별도로 유지하고 있다.

• 쓰레드하나가 코드의 어느 부분을 실행하다가 함수를 호출하면 호출과 리턴에 관련되어있는 것을 스택에 쌓아놔야 한다. 근데 CPU수행 단위가 여러개 있다면 스택도 여러개 둬야한다.

• 쓰레드라는 것은 프로세스 하나에서 공유 할 수 있는건 최대한 공유하고 즉, 메모리 주소공간을 공유하고, 프로세스는 하나이기 때문에 상태를 공유하고, 이 프로세스가 사용하는 각종 자원을 쓰레드끼리 공유하고 있다.
  -> 다만 별도로 가지고 있는것은 CPU사용과 관련되어 있는 것이다. 프로그램 카운터나 레지스터나 스택같은 것들을 쓰레드는 별도로 가지고 있다.

• 쓰레드끼리 공유하는 부분을 task라고 부른다.
  즉 하나의 프로세스 안에 쓰레드가 여러개 있고 테스크는 하나만 있는 형태로 존재

• 쓰래드를 lightweight process라고도 부른다. 프로세스를 여러개 두는 것보다 쓰래드를 여러개 두는 것이 가볍기 때문이다.
  그래서 프로세스를 쓰래드로 관리하게 되면 lightweight process라고도 부른다.
  그렇지 않고 전통적인 프로세스를 heavyweight process라고 부른다.

• 그렇다면 쓰레드를 사용하면 어떤 장점이 있을까?

• 웹 브라우저에다가 네이버같은것을 본다고 가정
  -> 네트워크를 통해서 웹페이지를 불러와야 하며 이 또한 I/O작업이다. 그래서 웹페이지를 읽어오는 동안에는 오래걸리기 때문에 웹 브라우저는 blocked상태가 될 것이다.(아무일도 못하게 된다.)
  -> 그렇게 되면 사용자 입장에서 답답하다.
  -> 만약에 웹 브라우저를 여러개 쓰래드를 사용해서 만들어 놓게 되면 하나의 쓰레드가 멀리 네이버 웹 서버에 그림을 불러오는 동안에 이 프로세스를 blocked시키지 않고 또 다른 쓰레드가 화면에 텍스트라도 디스플레이 해주면 사용자 입자에서는 결과를 더 빨리 볼 수 있다.

• 같은 일을 하는 작업을 별도의 프로세스로 만들어 놓게되면 메모리나 자원들이 낭비가 될 것이다. 프로세스가 만들어지면 독자적인 주소공간이 만들어져야 하고 그 주소공간이라는 것은 결국엔 메모리를 차지하게 된다.

• 병렬성이 높으면 일처리를 빨리 할 수 있다.

• 프로세스마다 하나의 PCB가 만들어져서 운영체제가 관리하고 있다.
  -> 프로세스는 하나이기 때문에 PCB는 하나만 만들어진다.
  -> 쓰레드가 만들어지면 CPU관련 정보만 각각 쓰레드마다 별도로 갖게 된다. (프로그램 카운터, 레지스터 정보)

• 프로세스라는 것은 메모리 주소공간에 코드, 데이터, 스택이 있고 프로세스마다 PCB가 존재한다.
  -> 이때 쓰레드는 프로세스 안에서 독자적으로 가져야하는 정보만 가지고 있다.
  -> 주소공간에서는 코드, 데이터 영역은 공유하고 스택영역은 독자적으로 갖는다.

📖 02. Single and Multithreaded Processes

📖 03. Benefits of Threads

• 쓰래드를 사용하는 장점 크게 4가지

1. 응답성
   -> 웹 브라우저에 주소를 치게되면 html문서가 오고 그 문서에 있는 이미지를 다시 재요청해야한다. 이 과정은 매우 오래걸리기 때문에 쓰래드가 blocked된다.(해당 쓰레드만 blocked된다) 그러나 다른 쓰래드는 일을 할 수 있으며 이미지 외에 텍스트 등을 미리 띄워놓음으로써 사용자의 불편함을 감소 시킬 수 있다.

2. 자원 공유
   -> 똑같은 일을 하는 프로세스를 여러개 사용하는 것 보다는 하나의 프로세스를 만들고 그안에 쓰래드만 여러개 만드는 것이 효율적이다.

3. 경제성

-> 3가지는 CPU가 하나일때도 얻을 수 있는 장점

4. utilization of mp architecture (MultiProcessor 설계의 활용)
   -> CPU가 여러개 있을 때 쓰레드를 두면 좋은점

📖 04. Implemetation of Threads

• 쓰레드를 구현 할 수 있는 방법에 대해서
  어떤 것은 커널에 의해서(kernel Threads) 또 다른 것은 library(user Threads)에 의해서 구현 할 수 있다.
  -> 커널 쓰래드는 쓰래드가 여러개 있다는 사실이 운영체제 커널이 알고 있다.
  -> 하나의 쓰래드에서 다른 쓰래드로 CPU가 넘어가는 것도 커널이 CPU스케줄링 하듯이 넘겨준다.
  -> 유저 쓰래드는 프로세스 안에 쓰래드가 여러 개 있다는 것을 운영체제는 알지 못한다. 그 유저 프로그램이 스스로 여러 쓰래드를 라이브러리의 지원을 받아서 관리한다.
  -> 커널의 지원을 받으면 커널 쓰래드 그렇지 않으면 사용자 쓰래드

• 리얼타임 쓰래드를 생성 할 수 있다.

[출처] 반효경 교수님 강의