프로세스 & 스레드
프로세스: 프로그램을 메모리 상에서 실행 중인 작업
스레드: 프로세스 안에서 실행되는 여러 흐름 단위
기본적으로 프로세스마다 최소 1개의 스레드 소유 (메인 스레드도 포함)
프로세스는 자신만의 고유 공간과 자원을 할당받아 사용하는데 반해, 스레드는 다른 공간과 자원을 공유하면서 사용하는 차이가 존재함
프로세스
프로세스는 각각 별도의 주소 공간 할당 (독립적)
- Code: 코드 자체를 구성하는 메모리 영역 (프로그램 명령)
- Data: (전역 변수, 정적 변수, 배열 등)
- 초기화된 데이터는 data 영역에 저장
- 초기화 되지 않은 데이터는 bss 영역에 저장
- Heap: 동적 할당 시 사용 (new(), malloc() 등)
- Stack: 지역변수, 매개변수, 리턴 값 (임시 메모리 영역)
스레드
스레드는 Stack만 따로 할당 받고 나머지 영역은 서로 공유
- Stack 영역만 따로 할당 받는 이유
: 스레드는 독립적인 동작을 수행하기 위해 존재한다.
: 즉 독립적으로 함수를 호출 할 수 있어야 한다.
: 때문에 함수의 매개변수, 지역변수 등을 저장하는 스택 메모리 영역은 독립적으로 할당 받아야 한다.
하나의 프로세스가 생성될 때, 기본적으로 하나의 스레드가 같이 생성됨
프로그램이 CPU에 의해 실행됨 ➡️ 프로세스가 생성되고 메모리에 '프로세스 주소 공간'이 할당됨
프로세스의 주소 공간
프로세스 주소 공간은 코드, 데이터, 스택으로 이루어져 있다.
- 코드 Segment: 프로그램 소스 코드 저장
- 데이터 Segment: 전역 변수 저장
- 스택 Segment: 함수, 지역 변수 저장
🙋♀️ 왜 이렇게 구역을 나눈 것인가요?
최대한 데이터를 공유하여 메모리 사용을 줄여야 합니다.
Code는 같은 프로그램 자체에서는 모두 같은 내용이기 때문에 따로 관리하여 공유합니다.
데이터와 스택을 나눈 이유는, 스택 구조의 특성과 전역 변수의 활용성을 위한 것입니다!
프로그램의 함수와 지역변수는, LIFO 특성을 가진 스택에서 실행됨 ➡️ 이 함수들 안에서 공통으로 사용하는 '전역 변수'는 따로 스택으로 지정해주면 메모리를 아낄 수 있음
멀티 프로세스
하나의 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 병렬적으로 작업을 수행하는 것
👍 장점: 안정성 - 메모리 침범 문제를 OS 차원에서 해결
👎 단점: 각각 독립된 메모리 영역을 갖고 있어, 작업량이 많을 수록 오버헤드 발생. Context Switching으로 인한 성능 저하
Context Switching이란?
프로세스의 상태 정보를 저장하고 복원하는 일련의 과정
즉, 동작 중인 프로세스가 대기하면서 해당 프로세스의 상태를 보관하고, 대기하고 있던 다음 순번의 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 프로세스의 상태를 복구하는 과정을 말함.
프로세스는 각 독립된 메모리 영역을 할당받아 사용되므로, 캐시 메모리 초기화 같은 무거운 작업이 진행되었을 때 오버헤드가 발생함
멀티 스레드
하나의 응용 프로그램에서 여러 스레드를 구성해 각 스레드가 하나의 작업을 처리하는 것
스레드들이 공유 메모리를 통해 다수의 작업을 동시에 처리하도록 해줌
👍 장점:
- 독립적인 프로세스에 비해 공유 메모리만큼의 시간, 자원 손실이 감소
- 전역 변수와 정적 변수에 대한 자료 공유 가능
👎 단점: 안전성 문제 - 하나의 스레드가 데이터 공간을 망가뜨리면, 모든 스레드가 작동 불능 상태 (공유 메모리를 가지기 때문)
Critical Section (임계 영역)
한번에 하나의 프로세스만 액세스 할 수 있는 코드 영역
멀티 스레드의 안전성에 대한 단점은 Critical Section 기법을 통해 대비함
하나의 스레드가 공유 데이터 값을 변경하는 시점에 다른 스레드가 그 값을 읽으려 할 경우 발생하는 문제를 해결하기 위한 동기화 과정
Critical Section Problem을 해결하기 위한 3가지 조건 : Mutual Exclution, Progress, Bounding Waiting
- 상호 배제 (Mutual Exclusion)
- 특정 프로세스가 Critical Section 내에서 실행 중일 때, 다른 프로세스는 Critical Section에 들어갈 수 없다.
- 진행 (Progress)
- Critical Section 내에서 실행 중인 프로세스가 없을 경우에, Critical Section에 진입을 요구할 경우 유한한 시간 내에 진입해야 한다.
- 정당한 진입 프로세스를 막으면 안 된다.
- 한정된 대기 (Bounding Waiting)
- Critical Section에 대한 진입의 요청을 했을 경우, 무한히 기다리지 않고 유한한 시간 내에 진입해야 한다.
참고 📖
- https://github.com/gyoogle/tech-interview-for-developer/blob/master/Computer%20Science/Operating%20System/Process%20vs%20Thread.md
- https://github.com/gyoogle/tech-interview-for-developer/blob/master/Computer%20Science/Operating%20System/Process%20Address%20Space.md
- https://yoongrammer.tistory.com/57
- https://sunghyeoki.tistory.com/66
@jyeon172