프로세스와 스레드의 차이

프로세스란?

• 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 프로그램
• 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 주체
• 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 독립적인 개체

할당받는 시스템 자원 Ex

• CPU 시간
• 운영되기 위해 필요한 주소 공간
• Code, Data, Stack, Heap의 구조로 되어 있는 독립된 메모리 영역

특징

• 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code,Data,Stack,Heap)을 할당 받는다.
• 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 등)

스레드란?

• 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위
• 프로세스의 특정한 수행 경로
• 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위

특징

• 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 나머지 메모리영역인 Code,Data,Heap을 공유한다.
• 스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.
• 같은 프로세스 안에 있는 여러 스레드들은 같은 힙 공간을 공유한다.
• 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 스레드의 차이

멀티 프로세스란?

• 하나의 응용프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업(task)을 처리하도록 하는 것이다.

장점

• 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 발생하면 그 자식 프로세스만 다운되기 때문에 다른 프로세스에 영향을 미치지 않는다.

단점

• Context Switching 발생
• Context Switching 과정에서 캐쉬 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 등의 오버헤드가 발생하게 된다.
• 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 프로세스 사이에서 공유하는 메모리가 없어, Context Switching가 발생하게 되면 캐쉬에 있는 모든 데이터를 모두 리셋하고 다시 캐쉬 정보를 불러와야 한다.

프로세스 사이의 통신기법(IPC)

• 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 하나의 프로그램에 속하는 프로세스들 사이의 변수를 공유할 수 없다.

Context Switching이란?

• CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는 것을 말한다.
• 동작 중인 프로세스가 대기하면서 해당 프로세스의 상태를 PCB(Process Control Block)에 보관한 뒤, 대기하고 있는 다른 프로세스를 동작시키고 동작이 완료되면 이전의 PCB를 불러와 프로세스를 다시 동작시키는 것을 말한다.

멀티 스레드란?

• 하나의 응용프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드로 하여금 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.
• 윈도우, 리눅스 등 많은 운영체제들이 멀티 프로세싱을 지원하고 있지만 멀티 스레딩을 기본으로 하고 있다.
• 웹 서버는 대표적인 멀티 스레드 응용 프로그램이다.

장점

• 시스템 자원 소모 감소
  - 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
• 시스템 처리량 증가
  - 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.
  • 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다.
• 간단한 통신 방법으로 인한 프로그램 응답 시간 단축
  - 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적다.

단점

• 주의 깊은 설계가 필요하다.
• 디버깅이 까다롭다.
• 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.
• 다른 프로세스에서 스레드를 제어할 수 없다.(즉, 프로세스 밖에서 스레드 각각을 제어할 수 없다.)

멀티 프로세스 대신 멀티 스레드를 사용하는 이유?

• 한마디로 , 프로그램을 여러 개 돌리는 것 보다 하나의 프로그램 안에서 여러 작업을 해결하는 것이다.
  
• 하나의 프로세스에서 여러 스레드로 작업을 했을 때 아래와 같은 장점이 생긴다.

1. 자원의 효율성 증대
   • 멀티 프로세스로 실행되는 작업을 멀티 스레드로 실행할 경우, 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 효율적인 자원 관리가 가능
     - 프로세스 간의 Context Switching시 단순히 CPU 레지스터 교체 뿐만 아니라 RAM과 CPU 사이의 캐쉬 메모리에 대한 데이터까지 초기화되므로 오버헤드가 크기 때문
     
     
   • 스레드는 프로세스 내의 메모리를 공유하기 때문에 독립적인 프로세스와 달리 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.
     
     
2. 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축
   • 프로세스 간의 통신보다 스레드 간의 통신의 비용이 적으므로 작업들 간의 통신 부담이 줄어든다.
     - 스레드는 Stack 영억을 제외한 모든 메모리 영역을 공유하기 때문이다.
   • 프로세스 간의 전환 속도보다 스레드 간의 전환 속도가 더 빠르다.
     - Context Switching시 스레드는 Stack 영역만 처리하기 때문이다.