스레드는 무엇일까?

😀프로세스를 땔래야 땔수없는 개념이 스레드이다. 프로세스에 관해 검색을 시도하면 어떻게 해서든 스레드가 연관되서 나온다.
스레드는 왜 프로세스와 땔 수 없는 개념인 걸까?

스레드(thread)란?

프로세스 내에서 프로세스의 자원을 이용하여 실행되는 여러 흐름의 단위
스레드(thread)란 프로세스(process) 내에서 실제로 작업을 수행하는 주체

스레드는 운영체제의 스케줄러에 의해 독립적으로 관리될 수 있는 프로그래밍된 명령어의 가장 작은 시퀀스이다.

또한, 하나의 프로세스는 하나 이상의 스레드를 갖고 있다.

😀개념의 정의에서부터 프로세스의 특징까지 프로세스와 스레드는 땔 수 없는 관계라는 것을 알 수 있다.

스레드의 목적

😀프로세스는 독립적인 특성을 가지고 있다고 하였다. 이러한 프로세스가 같은 일을 처리하기 위해 동일한 프로그램을 여러개의 프로세스로 만들게 되면, 그만큼 메모리를 차지하고, 그 외 에서 CPU에서 할당받는 자원이 중복되어 할당 받게 될 것이다. 따라서 중복되는 자원의 낭비를 줄일 필요성이 있고, 중복될 자원을 한번만 받아서 여러 곳에 사용할 수 있다면 더 효율적이게 될 것이다.

이러한 부분을 해결해 주는 것이 스레드이다. 스레드가 생긴 목적에 대해서 추려보면 다음과 같다.

1. 프로그램의 응답성 향상
스레드를 사용하면 하나의 프로세스 내에서 여러 작업을 동시에 처리할 수 있기 때문에, 다른 스레드에서 실행 중인 작업이 끝나기를 기다리지 않고, 동시에 여러 작업을 처리하여 프로그램의 응답성을 향상시킬 수 있다.

2. 자원 공유
스레드를 사용하면 같은 프로세스 내에서 메모리 공간을 공유할 수 있다.
이를 통해 데이터를 공유하고, 프로세스 간의 통신을 더욱 효율적으로 할 수 있다.

3. 비용 감소
스레드를 사용하면 새로운 프로세스를 생성하는 것보다 적은 비용으로 여러 작업을 처리할 수 있다.

4. 병렬 처리
스레드를 사용하면 하나의 작업을 여러 개의 스레드로 나누어 병렬적으로 처리할 수 있다. 이를 통해 작업을 더욱 빠르게 처리할 수 있다.

스레드의 구성

스레드는 프로그렘 카운터, 레지스터 셋, 스택을 보유하고 있다.

😀프로그렘 카운터, 레지스터 셋 이 두가지는 분명 프로세스의 문맥(context)의 구성정보와 일치한다. 따라서 스레드의 동작에 따라서 프로세스의 컨텍스트 또한 변경될 수 있다.

• 프로그램 카운터 (Program Counter): 스레드가 다음에 실행할 명령어의 주소를 가리키는 포인터이다.

• 레지스터 집합 (Register Set): 스레드가 현재 실행되는 상태를 저장하는 데 사용되는 레지스터 집합이다.

• 스택 (Stack): 스레드에서 함수 호출 및 반환을 관리하기 위해 사용되는 스택이다.

위의 큰 구성정보 이외에도 식별을 위한 스레드ID, 상태, 스레드의 우선순위, 지역변수 등을 포함하고 있다.

스레드의 특징

😀스레드는 독립적으로 동작하는 프로세스와 달리, 프로세스 내에서 스레드끼리 일부 메모리를 공유하여 동작한다.

• 메모리 공유 (Shared Memory)
  스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
  스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들(힙 공간 등)을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.

• 경량성 (Lightweightness)
  프로세스에 비해 스레드는 더 적은 자원을 사용한다. 스레드는 프로세스 내에서 메모리와 자원을 공유하기 때문에, 프로세스를 생성하는 것보다 더 적은 메모리를 사용한다. 또한, 스레드 간의 전환은 프로세스 간의 전환보다 빠르기 때문에 더 경량적이다.

• 상호 협력성 (Cooperativeness)
  스레드는 다른 스레드와 상호 협력하여 작업을 수행할 수 있다. 프로세스간의 통신에서는 IPC기능을 통한 통신이 이루어지는 반면
  스레드는 데이터, 힙 영역을 공유함으로 데이터를 주고 받을 수 있다. 이러한 협력성은 프로세스와는 달리 더 높은 수준의 동시성을 제공해 준다.

멀티스레드

• 멀티스레딩이란?
  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

• 높은 성능
  여러 개의 스레드가 병렬적으로 작업을 처리하므로, 작업 처리 속도가 빠르고, 시스템 전체의 성능이 향상다.

• 높은 자원 활용도
  멀티 스레드는 하나의 프로세스에서 여러 개의 스레드가 작동하므로, 프로세스가 가진 자원들을 스레드들이 공유하여 더 효율적으로 사용할 수 있다. 또한 문맥교체를 할 때 공유하고 있는 메모리 만큼 메모리 자원을 아낄 수 있다.

• 높은 응답성
  멀티 스레드는 각각의 스레드가 별도의 작업을 처리하므로, 어떤 스레드에서 오류가 발생하더라도 다른 스레드는 정상적으로 작동하여 시스템이 멈추지 않고 계속해서 작업을 처리할 수 있다.

단점

• 동기화 문제
  멀티 스레드에서는 여러 개의 스레드가 공유 자원을 사용하기 때문에, 동기화 문제가 발생할 수 있다.
  한 스레드가 공유 자원을 사용하는 동안 다른 스레드가 해당 자원을 사용하게 되면 데이터의 일관성이 깨질 수 있다.

• 교착상태
  멀티 스레드에서는 여러 개의 스레드가 서로 대기하면서 무한정 기다릴 수 있는 상황이 발생할 수 있다.

• 디버깅의 어려움
  멀티 스레드에서는 여러 개의 스레드가 동시에 실행되기 때문에, 디버깅이 어려울 수 있다.
  스레드 간의 의존성이 복잡하게 얽혀 있을 경우 디버깅이 더욱 어려워진다.

프로세스와 스레드의 비교

😀이전에 작성한 프로세스 포스팅을 참고하여 스레드와 간단하게 비교해보자

참고자료(출처)
권희정 github.io 포스팅 [OS] 프로세스와 스레드의 차이
벨로그 aeong98 포스팅 [운영체제] 프로세스와 스레드
티스토리 게임이 더 좋아 포스팅 Thread 스레드란?
면접을 위한 CS 전공지식 노트 (도서)
벨로그 bjo6300 포스팅 [CS] Process vs Thread
티스토리 장장스 포스팅 [OS] 프로그램 VS 프로세스 VS 스레드