프로세스(Process)

실행중인 프로그램을 의미하며, 운영체제에 의해 관리되고 독립적으로 실행되어 자원을 할당 받을 수 있는 단위

구조

프로세스는 각각의 독립된 메모리(Code, Data, Stack, Heap)영역을 할당 받는다.

1. code

• 작성한 코드가 저장되는 공간, 코드는 0과 1로 변환된 기계어가 저장됨

2. data

• 코드에서 선언된 전역변수, static변수, 상수 등이 저장됨
• 초기화된 변수와 아닌 변수가 나누어 저장됨
• 프로그램 시작 시 초기화, 프로세스 끝날 때까지 유지

3. stack

• 지역변수, 매개변수, return 주소들을 저장
• 함수가 호출되면 stack공간이 생기고, 함수가 종료되면 제거

4. heap

• 동적으로 생성되는 데이터 구조, 객체들 저장
• 프로세스의 주소 공간의 나머지 영역에 위치하며, 크기는 동적으로 확장 가능

프로세스의 상태

1. 프로세스 생성(new) : 생성되었지만 자원을 할당 받지 못한 상태
2. 실행 가능(Ready) : 자원을 모두 할당받았지만 CPU를 할당받지 못한 상태, Queue에서 대기
3. 실행 상태(Running) : 프로세서를 차지하여 명령들이 실행중
4. 대기(Blocked) : 이벤트가 발생하여 잠시 멈춘 상태, CPU를 사용하지 않는다.
5. 종료(Terminated, exit) : 메모리 공간은 운영체제에 반환

쓰레드(Thread)

프로세스의 실행 단위로 실제 작업을 수행하는 주체, CPU에 작엽 요청하는 실행 단위

특징

1. stack만 할당받고 나머지 영역은 공유한다.
2. 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들을 같은 프로세스 내 쓰레드끼리 공유하며 실행
3. 쓰레드가 프로세스 자원을 변경하면 다른 쓰레드도 그 결과를 즉시 볼 수 있다.

장점

1. 응답성 향상 : 병렬처리로 인해 사용자가 응용 프로그램을 사용할 때 빠른 응답성을 제공
2. 자원 공유 효율성 향상 : 프로세스 내부 자원을 공유하기에 별도 메모리 공간 할당이 필요 없다.
3. 동시성 : 어러 쓰레드를 동시에 실행 할 수 있다.
4. 간결성 : 작업을 분리할 수 있어 코드가 간결함

단점

1. 스레드 간의 간섭 : 서로에게 영향을 미치기에 예상하지 못한 이슈 발생 가능
2. 성능 저하 : 쓰레드를 많이 생성하면 컨텍스트 스위칭이 빈번하게 발생하여 성능 저하가 일어날 수 있다.
3. 동기화 이슈 : 동시에 접근할 대 동기화 문제가 발생할 수 있다.
4. 자원 소비 : 개별적 흐름을 갖기에 쓰레드 마다 stack자원을 소비한다.

프로세스 vs 쓰레드

• 쓰레드는 프로세스 안에 포함되어 있다.
• 운영체제가 프로세스에게 code,data,stack,heap 영역을 할당해주고,쓰레드는 프로세스 안에서 stack을 제외한 다른 영역을 공유된다.
• 프로세스는 다른 프로세스와 정보 공유를 위해 IPC와 같은 과정이 필요하지만 쓰레드는 기본적으로 자원을 공유한다.

멀티 프로세스 vs 멀티 쓰레드

멀티 프로세스
하나의 응용프로그램을 여러개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도로 하는 방식

• 장점 : 자식 프로세스에 문제가 생겨도 다른 자식에게 영향이 없다.
• 단점 :

1. Context Switching에서 자원이 공유 되어있지 않기에 오버헤드(추가적으로 시간,메모리,자원이 사용되는 현상) 발생
2. 복잡한 IPC: 프로세스는 독립된 영역을 할당 받았기에 변수를 공유할 수 없다.

멀티 쓰레드
하나의 응용프로그램을 여러 개의 쓰레드로 구성하여 하나의 작업을 처리하는 방식

• 장점 :

1. 시스템 자원 소모 감소 : 프로세스 생성보다 자원 할당이 적다.
2. 처리 비용 감소 : 쓰레드는 Context Switching이 빠르다
3. 응답시간 단축 : stack을 제외한 메모리 영역을 공유하기에 응답이 빠르다.

• 단점 :

1. 디버깅이 까다롭고, 주의 깊은 설계 필요
2. 단일 프로세스 시스템은 효과가 없다.
3. 동기화 문제
4. 하나의 쓰레드 문제는 전체가 영향을 받는다.

쓰레드를 이용하는게 효율적이기 때문에 대부분의 경우 멀티 쓰레드를 사용한다.