프로그램(Program)이란?
사전적 의미로 "어떤 작업을 위해 실행할 수 있는 파일"을 뜻한다.
프로세스(Process)란?
사전적 의미로 "컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램"을 뜻한다. 즉 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적인 개체)인 것이다. 이는 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위이며 동적인 개념으로는 "실행된 프로그램"을 의미한다.
프로세스의 특징
- 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다.
-Code(실행 명령을 포함), Data(변수), Heap(동적 메모리 영역), Stack(지역변수, 매개변수, 반환 값 등 일시적인 데이터) - 해당 프로세스의 정보를 담고 있는 PCB(Process Control Block)이 만들어진다.
- 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.
스레드(Thread)란?
사전적 의미로 "프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위"이다. 프로세스의 특정한 수행 경로이며 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위이다.
스레드의 특징
- 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
- 스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름이다.
- 같은 프로세스 안에 여러 스레드들은 서로 공유가 가능하지만 다른 프로세스의 메모리에는 직접 접근할 수 없다.
멀티 프로세스와 멀티 스레드
멀티 프로세스
하나의 응용프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.
장점
- 여러 개의 자식 프로세스 중 하나가 죽어도 나머지에게 영향을 주지 않는다.
단점
- Context Switching에서 오버헤드가 발생한다.
- 캐쉬 메모리 초기화 등 무거운 작업을 진행하며 시간이 오래걸림 - 프로세스는 독립된 메모리를 할당 받아 공유하지 않음으로 Context Switching시 캐쉬에 있는 모든 데이터가 리셋된다.
- 프로세스끼리 IPC를 이용하여 통신한다.
멀티 스레드
하나의 응용프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하여 처리하는 것이다. (웹 서버는 대표적인 멀티 스레드 응용 프로그램이다.)
장점
- 시스템 자원 효율성 증대
- 프로세스를 생성하여 자원을 핟랑하는 시스템 콜이 줄어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다. - 시스템 처리량 증가(처리비용 감소)
- 스레드간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 자원 소모가 줄어듬
- 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다. - 간단한 통신 방법으로 프로그램 응답 시간 단축
단점
- 주의 깊은 설계가 필요하다.
- 디버깅이 까다롭다.
- 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.
- 다른 프로세스에서 스레드 제어가 불가능하다.
- 자원의 공유의 문제가 발생한다. (동기화)
- 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다.
멀티 스레드를 사용하는 이유?
프로그램을 여러개 키는 것보다 하나의 프로그램 안에서 여러 작업을 해결하는 것이다. 멀티 프로세스로 할 수 있는 일을 하나의 프로세스에서 여러 스레드로 나눠서 하면 위의 장점과 같이 효율적으로 일처리가 가능하다.
그러나 스레드 간의 자원 공유는 전역 변수(데이터 세그먼트)를 이용하므로 함께 상용할때 충돌이 발생할 수 있다.
예시
멀티 스레드를 사용하는 인터넷 익스플로러에 여러 개의 탭을 띄어서 사용하다가 오류가 나면 전체 인터넷이 꺼져버린다.
하지만 크롬은 멀티 프로세스를 이용하기에 하나의 탭에 오류가 나더라도 전체가 꺼지진 않는다.
멀티 코어(Multi-Core)
멀티 프로세스와 멀티 스레드는 동착을 처리하는 방식에 관해 나누어 지기에 소프트웨어적 관점이다. 하지만 멀티 코어는 하드웨어적 관점이다.
- 싱글 코어는 하나의 코어에서 하나 이상의 프로세스(혹은 스레드)가 번갈아가면서 진행되는 동시성을 가진다.
- 멀티 코어는 둘 이상의 코어에서 동시에 하나 이상의 프로세스(혹은 스레드)가 한꺼번에 병렬처리된다.
