프로그램(Program) 이란
- 어떤 작업을 위해 실행할 수 있는 파일
- 파일이 저장 장치에 저장되어 있지만 메모리에는 올라가 있지 않은 정적인 상태
(모든 프로그램은 운영체제가 실행되기 위한 메모리 공간을 할당해 줘야 실행될 수 있다.)
프로세스
- 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램
- 동적인 개념으로는 실행된 프로그램을 의미한다.
- 운영체제로부터 자원을 할당받은 작업의 단위
- CPU 시간 (일반적으로 CPU는 한번에 하나의 프로세스만 관리할수 있다 )
- 멀티태스킹은 한번에 다수의 프로세스를 실행하고 있는 것이 아니고 사용자로 하여금 다수의 프로세스가 동시에 실행되는 것 '처럼' 보이게 만드는 것.
즉, CPU가 빠른 시간동안 각각의 프로세스를 순차적으로 실행하는 것. - 운영되기 위해 필요한 주소 공간
- Code, Data, Stack, Heap의 구조로 되어 있는 독립된 메모리 영역
- 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다.
- 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다.
- 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 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 이용)
참고
- 멀티 프로세싱 은 더 많은 CPU 또는 프로세서를 시스템에 추가함으로써 시스템의 컴퓨팅 속도를 향상시킵니다
스레드
- 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 흐름의 단위
- 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
- 스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들(힙 공간 등)을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.
- 같은 프로세스 안에 있는 여러 스레드들은 같은 힙 공간을 공유한다. 반면에 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근할 수 없다.
- 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 변경 결과를 즉시 볼 수 있다.
레지스터란?
컴퓨터의 프로세서 내에서 자료를 보관하는 아주 빠른 기억장소이다.
레지스터는 메모리 계층의 최상위에 위치하며, 가장 빠른 속도로 접근 가능한 메모리이다
스택이란
스택은 cpu내부의 레지스터 집합에 존재하는 저장장치이다.
우선 데이터가 순차적으로 저장되며, 요소의 개수와 스택의 길이는 가변적이다. 그리고 한번에 하나의 요소에만 액세스가 가능하다.
싱글스레드
- 하나의 프로세스에서 하나의 스레드 실행
- 하나의 레지스터와 스택으로 표현
- 요청에 대한 빠른 반응을 요구하는 네트워크 서버의 프로그램일 경우 단일 스레드 모델이 더 적합
장점
-
자원 접근에 대한 동기화를 신경쓰지 않아도 된다.
여러 개의 스레드가 공유된 자원을 사용할 경우 각 스레드가 원하는 결과를 얻게 하려면
공용 자원에 대한 접근이 통제되어야 하며 이 작업은 프로그래머에게 많은 노력을 요구하고 비용을 발생시킨다. 단일 스레드 모델에서는 이러한 작업이 필요하지 않다.
-
문맥 교환(context switch) 작업을 요구하지 않는다
context switching란?
현재 진행하고 있는 Task(Process, Thread)의 상태를 저장하고 다음 진행할 Task의 상태 값을 읽어 적용하는 과정을 말합니다.
단점
- 한 번에 하나의 일밖에 처리할 수 없기때문에 작업에서 블로킹이 발생하면 다음 일을 처리하기 까지 기다려야 하는 문제가 발생
멀티스레드
- 프로그램을 다수의 실행 단위로 나누어 실행
- 프로세스 내에서 자원을 공유하여 자원생성과 관리의 중복을 최소화
- 서버가 많은 요청을 효율적으로 수행할 수 있는 환경을 제공
- 각각의 스레드가 고유의 레지스터와 스택으로 표현됨
- 다양한 요인들이 결합된 데이터에 대한 통계적 분석 연산의 경우는 멀티 스레드 모델이 더 적합하다.
- 필요한 구간에 여러 개의 스레드를 배치해 시스템 자원을 최대한 활용하여 빠르게 연산을 완료하도록 설계할 수 있다.
장점
- 응답성 : 프로그램의 일부분(스레드)이 중단되거나 긴 작업을 수행하더라도 프로그램의 수행이 계속 되어 사용자에 대한 응답성이 증가한다.
ex) 멀티 스레드가 적용된 웹 브라우저 프로그램에서 하나의 스레드가 이미지 파일을 로드하고 있는 동안, 다른 스레드에서 사용자와 상호작용 가능 - 경제성 : 프로세스 내 자원들과 메모리를 공유하기 때문에 메모리 공간과 시스템 자원 소모가 줄어든다. 스레드 간 통신이 필요한 경우에도 쉽게 데이터를 주고 받을 수 있으며, 스레드 간의 context switching은 캐시 메모리를 비울 필요가 없기 때문에 더 빠르다.
- 멀티프로세서 활용 : 다중 CPU 구조에서는 각각의 스레드가 다른 프로세서에서 병렬로 수행될 수 있으므로 병렬성이 증가한다.
- 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적어서 응답 시간이 빠르다.
단점
- 임계 영역(Critical Section)? 둘 이상의 스레드가 동시에 실행하면 문제를 일으키는 코드 블록. 공유하는 자원에 동시에 접근하는 경우, 프로세스와는 달리 스레드는 데이터와 힙 영역을 공유하기 때문에 어떤 스레드가 다른 스레드에서 사용 중인 변수나 자료구조에 접근하여 엉뚱한 값을 읽어오거나 수정할 수 있다. 따라서 동기화가 필요!
- 동기화를 통해 스레드의 작업 처리 순서와 공유 자원에 대한 접근을 컨트롤할 수 있다. (Java에서
synchronized키워드) 그러나 불필요한 부분까지 동기화를 하는 경우, 과도한 lock으로 인해 병목 현상을 발생시켜 성능이 저하될 가능성이 높기 때문에 주의해야 한다.
참고사이트
https://gmlwjd9405.github.io/2018/09/14/process-vs-thread.html
https://beenlife.tistory.com/114
https://eun-jeong.tistory.com/20
https://velog.io/@raejoonee/%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4%EC%99%80-%EC%8A%A4%EB%A0%88%EB%93%9C%EC%9D%98-%EC%B0%A8%EC%9D%B4
