프로세스(Process)란?
프로세스는 실행 중인 프로그램의 인스턴스이다.
하나의 실행 파일(.exe, .py 등)을 더블 클릭하면, 운영체제는 그 파일을 메모리에 로딩하고 독립적인 실행 환경을 구성하며, 이때 만들어지는 것이 바로 프로세스이다.
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고유한 메모리 공간을 가짐 (코드, 데이터, 스택, 힙)
- Code : 코드 자체를 구성하는 메모리 영역 (프로그램 명령)
- Data : 전역 변수, 정적 변수, 배열 등
초기화된 데이터는 Data 영역에 저장
초기화되지 않은 데이터는 BSS 영역에 저장 - Heap : 동적 할당 시 사용 (new(), malloc() 등)
- Stack : 지역 변수, 매개 변수, 리턴 값 (임시 메모리 영역)
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운영체제에서 PID(Process ID)를 부여
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서로 독립적이기 때문에 다른 프로세스와 직접 메모리를 공유하지 않음
스레드(Thread)란?
스레드는 프로세스 내에서 실행되는 작업의 최소 단위이다.
모든 프로세스는 최소한 하나의 스레드를 가지고 시작하며, 필요에 따라 여러 개의 스레드를 가질 수 있다.
같은 프로세스 내 스레드들은 메모리 공간을 공유하기 때문에 협업이 빠르고 효율적이다.
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스레드는 Stack만 따로 할당받고 나머지 영역은 공유한다.
- 코드, 데이터, 힙 영역은 공유
- 스택은 스레드마다 별도로 존재
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스레드는 독립적인 동작을 수행하기 위해 존재 (독립적으로 함수를 호출할 수 있어야 함)
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함수의 매개 변수, 지역 변수 등을 저장하는 Stack 영역은 독립적으로 할당받아야 함
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경량화된 실행 단위로, 생성/소멸 비용이 적음
프로세스 vs 스레드 비교표
| 항목 | 프로세스 | 스레드 |
|---|---|---|
| 정의 | 실행 중인 프로그램 | 프로세스 내의 실행 단위 |
| 메모리 | 독립된 공간 사용 | 메모리 공유 (스택만 분리) |
| 통신 방식 | IPC 필요 (느림) | 메모리 공유로 빠름 |
| 안정성 | 충돌에 강함 | 하나가 죽으면 전체 영향 가능 |
| 생성 비용 | 상대적으로 큼 | 가벼움, 빠름 |
| 예시 | 크롬 창 2개 | 탭 5개는 각각 스레드 |
메모리 구조 관점에서의 차이
1. 운영체제의 기본 메모리 영역 구조
- 프로그램이 실행되면 메모리에 다음과 같은 영역들이 할당된다.
┌─────────────┐ ← 높은 주소
│ 스택 (Stack) │ ◀ 함수 호출, 지역 변수
├─────────────┤
│ 힙 (Heap) │ ◀ 동적 메모리 (new, malloc 등)
├─────────────┤
│ 데이터 영역 │ ◀ 전역 변수, static 변수
├─────────────┤
│ 코드 영역 │ ◀ 실행 명령어 (기계어)
└─────────────┘ ← 낮은 주소2. 프로세스의 메모리 구조
- 각 프로세스는 위 구조 전체를 독립적으로 가지고 있음
- 다른 프로세스와 코드/데이터/스택/힙 모두 분리됨
- 하나의 프로세스가 죽거나 메모리를 잘못 써도 다른 프로세스에 영향 없음
[프로세스 A]
┌ 코드 영역 ┐
│ 데이터 영역 │
│ 힙 영역 │
│ 스택 영역 │
[프로세스 B]
┌ 코드 영역 ┐
│ 데이터 영역 │
│ 힙 영역 │
│ 스택 영역 │장점: 안정성 높음
단점: 프로세스 간 통신이 느림 (공유 X → IPC 필요)
3. 스레드의 메모리 구조
- 스레드는 같은 프로세스 내부에서 실행되는 작업 단위
- 따라서, 코드 / 데이터 / 힙 영역은 공유하고, 스택만 개별로 가짐
[프로세스 A] (2개의 스레드)
┌ 코드 영역 ┐ ← 공유
│ 데이터 영역 │ ← 공유
│ 힙 영역 │ ← 공유
├───────────────┤
│ 스택 (스레드 1) │ ← 개별
├───────────────┤
│ 스택 (스레드 2) │ ← 개별
└───────────────┘장점: 데이터 공유 빠름, 스레드 간 협업에 유리
단점: 한 스레드가 힙/데이터를 잘못 건드리면 전체가 충돌 가능 (동기화 이슈)
이러한 구조 덕분에 스레드는 협업이 빠르지만, 잘못된 접근 시 동기화 문제나 데이터 충돌이 발생할 수 있다.
왜 스택은 공유하지 않을까?
- 스택은 함수 호출, 지역 변수 등을 저장하는 영역
- 스레드마다 콜스택이 다르므로 반드시 분리되어야 함
- 분리되지 않으면 A 스레드 함수가 B 스레드의 변수에 영향을 줄 수 있어 심각한 오류 발생 가능
실제 예시
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크롬 브라우저
- 크롬은 탭마다 독립된 프로세스를 실행한다.
- 탭 내에서는 렌더링, 자바스크립트, 네트워크 등 역할을 하는 스레드들이 함께 동작한다.
→ 탭이 다운되어도 다른 탭에 영향이 없는 이유이다.
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게임 클라이언트
- 하나의 프로세스 안에 렌더링 스레드, 사운드 스레드, 네트워크 스레드 등 다수의 스레드가 병렬로 실행된다.
→ 빠른 반응성과 실시간 처리에 유리하다.
- 하나의 프로세스 안에 렌더링 스레드, 사운드 스레드, 네트워크 스레드 등 다수의 스레드가 병렬로 실행된다.
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웹 서버 (예: Node.js)
- 단일 프로세스에서 이벤트 루프 기반 스레드 모델을 사용해 I/O 작업을 비동기 처리한다.
- 고성능 처리를 위해 클러스터링으로 멀티프로세스를 병행하기도 한다.
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