[CS] 프로세스와 스레드 정리

이미지 출처 - https://theheydaze.tistory.com/568

프로세스(Process)란?

• 메모리에 올라와 실행되고 있는 독립적인 개체
• 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받은 작업의 단위
• 프로그램을 실행할 수 있는 인스턴스

특징

• 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap)을 할당 받는다.
• 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다.
• 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 각각의 프로세스는 다른 프로세스에 접근 할 수 없다.

스레드(Thread)란?

• 프로세스 내에서 실행되는 작업의 단위
• 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 작업의 단위

특징

• 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 할당받으며 프로세스의 Code, Data, Heap 메모리 영역은 공유한다.(위 그림 참조)
• 스레드는 하나의 프로레스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들을 동일 한 프로세스의 스레드끼리 공유한다.
• 같은 프로세스 내에 있는 여러 스레드는 같은 힙 공간을 공유한다. (프로세스는 다른 프로세스의 메모리 접근할 수 없다.)

자바스레드(Java Thread)란?

• 자바스레드 또한 일반 스레드와 거의 차이가 없다. 다만 자바에서는 JVM이 운영체제의 역할을 한다.
• 자바에는 프로세스가 존재하지 않고 스레드만 존재, 자바 스레드는 JVM에 의해 스케쥴되는 실행 단위 코드 블록이다.
• 자바에서 스레드 스케줄링은 전적으로 JVM에 의해 이루어진다.
• 개발자는 JVM위에서 작동할 스레드 코드를 작성하고, 스레드 코드가 동작할 수 있도록 JVM에 요청하게 된다.
  (Java Application의 main() 메서드가 메인스레드 역할을 한다.)

멀티 프로세스와 멀티 스레드의 차이

멀티 프로세스

• 멀티 프로세싱(병렬 프로세스)이란 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 프로세스가 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.
• 두개 이상의 프로세스(CPU)가 협력하여 하나 이상의 작업(Task)를 동시에 처리하는 것.
• 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 생겨도 다른 프로세스에 영향이 가지 않는다.
• Context Switching에서의 오버헤드가 발생될 수 있다.
• 프로세스 간의 복잡한 통신(IPC)가 필요하다.

Context Switching이란?

• 멀티 프로세스가 동작하기 위해서 CPU가 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하게 된다. 이 과정을 Context Switching이라 한다.
• 현재 진행하고 있는 Task(Process, Thread)의 상태를 저장하고 다음 진행할 Task의 상태 값을 읽어 적용하는 과정을 말한다.
• Context Switching은 매우 빠른 속도로 진행되기 때문에 (여러 Task를 오고가며 작업을 처리함 ) 실시간처럼 보이게 되는 장점이 있다.
• 즉, 하나의 Task가 끝나기 까지 기다리게 된다면 자원이 비효율적으로 사용되게 된다. 이를 방지하기 위해 Context Switching이 사용된다.

• Context Switching은 일반적으로 프로세스가 스레드보다 더 많은 비용이 든다. 스레드의 경우 Stack을 제외한 모든 메모리를 공유하지만 프로세스의 경우 각각의 프로세스가 독립적이기 때문이다.

멀티 스레드

• 멀티 스레드란 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드로 하여금 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.
• 스레드는 하나의 프로세스에서 자원을 공유하기 때문에 '자원 공유의 문제'가 발생할 수 있다.
• 하나의 스레드 장애로 전체 스레드가 종료 될 위험이 있다.

멀티 프로세스 대신 멀티 스레드의 효율이 좋은 이유?

• 프로세스 간의 Context Switching은 CPU 레지스터 교체 뿐 아니라 RAM, CPU사이의 캐시 메모리 데이터까지 초기화해야하며 이는 오버헤드로 이해지게 된다. 반면 스레드는 프로세스 내의 메모리를 공유하기 때문에 프로세스 보다 상대적으로 간단하고 시스템 자원소모가 적다.