프로세스 (Process)
- 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램
- 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스 (독립적인 개체)
- “컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램”
( 음악 재생 프로그램이나, 사진 뷰어프로그램 등이 각각의 프로세스를 가지고 메모리 위해서 독립적으로 실행된다. 독립적으로 실행되기 때문에 음악 재생 프로그램이 문제가 생겼을 시, 그 프로그램만 강제 종료된다. )
- 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다
- Code : 프로그램을 실행하기 위한 코드
- Stack : 프로세스 안에서 함수들이 어떤 순서로 실행되어야 하는지의 정보
- Heap : 오브젝트를 생성하거나 데이터를 만들 때 저장되는 공간
- 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 )
EX
- Operation system : 안드로이드
- Process : 실행되고 있는 앱
- Thread : 서버에서 영상을 가지고 오는 thread, 댓글을 관리하는 thread 등
- 공유 리소스 : 영상, 댓글 등
스레드 (Thread)
- 프로세스 내에서 실행되는 여러 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.
멀티 프로세스와 멀티 스레드 사용하는 이유
멀티 프로세스 (Multi Process)
- 두개 이상 다수의 프로세서(CPU)가 협력적으로 하나 이상의 작업(Task)을 동시에 처리하는 것이다. (병렬처리)
- 각 프로세스 간 메모리 구분이 필요하거나 독립된 주소 공간을 가져야 할 경우 사용한다.
장점
- 독립된 구조로 안전성이 높은 장점이 있다.
- 프로세스 중 하나에 문제가 생겨도 다른 프로세스에 영향을 주지 않아, 작업속도가 느려지는 손해정도는 생기지만 정지되거나 하는 문제는 발생하지 않는다.
- 여러개의 프로세스가 처리되어야 할 때 동일한 데이터를 사용하고, 이러한 데이터를 하나의 디스크에 두고 모든 프로세서(CPU)가 이를 공유하면 비용적으로 저렴하다.
문제점
- 독립된 메모리 영역이기 때문에 작업량이 많을수록( Context Switching이 자주 일어나서 주소 공간의 공유가 잦을 경우) 오버헤드가 발생하여 성능저하가 발생 할 수 있다.
- Context Switching 과정에서 캐시 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 시간이 소모되는 등 오버헤드가 발생한다.
Context Switching ?
- CPU는 한번에 하나의 프로세스만 실행 가능하다.
- CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는 데 이 과정을 Context Switching라 한다
- 구체적으로, 동작 중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태(Context)를 보관하고, 대기하고 있던 다음 순서의 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 프로세스의 상태를 복구하는 작업을 말한다.
멀티 스레드(Multi Thread)
- 하나의 프로세스에 여러 스레드로 자원을 공유하며 작업을 나누어 수행하는 것이다
장점
- 하나의 프로세스에 여러 스레드로 자원을 공유하며 작업을 나누어 수행하는 것이다
- 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
- 시스템 처리율 향상 (처리비용 감소)
- 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어든다.
- 스레드 사이 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다. (캐시 메모리를 비울 필요가 없다.)
- 간단한 통신 방법으로 프로그램 응답시간 단축
- 스레드는 프로세스 내 스택영역을 제외한 메모리 영역을 공유하기에 통신 비용이 적다.
- 힙 영역을 공유하므로 데이터를 주고 받을 수 있다.
단점
- 자원을 공유하기에 동기화 문제가 발생할 수 있다. (병목현상, 데드락 등)
- 주의 깊은 설계가 필요하고 디버깅이 어렵다. (불필요 부분까지 동기화하면, 대기시간으로 인해 성능저하 발생)
- 하나의 스레드에 문제가 생기면 전체 프로세스가 영향을 받는다.
- 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.
멀티 프로세스 대신 멀티 스레드를 사용하는 이유?
- 컨텍스트 스위칭(Context Switching) 시에 공유 메모리 만큼의 시간(자원) 손실이 줄어든다.
- 프로세스 간의 컨텍스트 스위칭시 단순히 CPU 레지스터 교체 뿐만이 아니라 RAM과 CPU사이의 캐쉬메모리에 대한 데이터 까지 초기화 되므로 상당한 부담이 발생한다.
- Stack을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 global(전역), static(정적) 변수 그리고 new, malloc에 의한 모든 자료를 공유할 수가 있다.
- 이는 프로세스간 통신(ex.pipe)과 같이 복잡한 과정을 거치지 않고 보다 효율적인 일처리가 가능하다는 것을 뜻한다. (핸들 테이블과 환경변수는 덤이다.)
계산기와 메모장 처럼 서로 완전히 별개의 프로그램이라면 독립적인 프로세스를 구성해야겠지만 서로 관련된 기능들은 멀티 스레드로 구현하는 것이 이득이다!
멀티 스레드 사용 시, 주의할 점 !
동기화 문제
- 스레드 간의 자원 공유는 전역 변수(데이터 세그먼트)를 이용하므로 함께 상용할 때 충돌이 발생할 수 있다.
+ References
꾸준히 새로운 것을 알아가는 것을 좋아합니다.