[Linux] 쓰레드 (Thread) 정리

mommers·2026년 2월 5일
PthreadThreadlinuxmemory

Linux

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쓰레드(Thread)

  • 메모리(Code, Data, Heap)는 공유하되, 실행 흐름(Stack)만 따로 가지는 경량 프로세스(LWP)
  • 프로세스 내의 실행 흐름

쓰레드의 장단점 정리 : 글이 좀 길어질 것 같아 따로 정리했습니다.

1. 리눅스 커널이 보는 쓰레드 (LWP)

리눅스 커널은 '쓰레드'라는 별도의 객체를 모르기 때문에 쓰레드를 자원을 공유하는 특이한 프로세스로 취급합니다.

  1. User 관점: "쓰레드" (하나의 프로그램 안에서 여러 함수가 동시에 도는 것)

  2. Kernel 관점: "LWP (Light Weight Process)"

  • 커널 입장에서는 그냥 프로세스(task_struct)입니다. 단, "부모와 메모리 방을 같이 쓰도록(공유하도록)" 설정된 특이한 프로세스일 뿐입니다.
  • 리눅스 시스템 콜 clone()을 호출할 때 CLONE_VM, CLONE_FS 등의 플래그를 켜서 생성합니다.

2. 메모리 구조

쓰레드와 일반 프로세스의 결정적 차이는 "무엇을 공유하는가"입니다. 결론적으로는 스택만 따로 사용합니다.

  • 코드 : 하나만 있으면 됨
  • 데이터 : 전역변수
  • 힙 : malloc -> 모든 쓰레드가 접근 가능
  • 스택 : 각 쓰레드는 서로 다른 함수 실행
영역공유 여부설명
Code공유함프로그램 코드는 하나만 있으면 됨.
Data공유함전역 변수(Global Variable)를 통해 쓰레드 간 통신 가능 (IPC 불필요).
Heap공유함malloc으로 잡은 메모리는 모든 쓰레드가 접근 가능.
Stack독립적(핵심) 각 쓰레드는 서로 다른 함수를 실행하므로, 지역 변수와 함수 호출 기록은 따로 가져야 함.

2-1) 전역 vs 지역 메모리 공유 확인 예제

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

// [Data 영역] 모든 쓰레드가 공유 (통신 채널)
int g_count = 0;

void* thread_func(void* arg) {
    char* name = (char*)arg;
    // [Stack 영역] 각 쓰레드마다 독립적 (지역 변수)
    int local_val = 0;

    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        g_count++;   // 공유 자원 수정
        local_val++; // 내 전용 자원 수정
        
        printf("[%s] Shared: %d, Local: %d\n", name, g_count, local_val);
        sleep(1);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;

    // 리눅스 내부적으로는 clone() 시스템 콜을 통해 LWP 생성
    pthread_create(&t1, NULL, thread_func, "Thread A");
    pthread_create(&t2, NULL, thread_func, "Thread B");

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    return 0;
}

실행 결과

  • Shared 값은 두 쓰레드가 섞여서 계속 증가함 (1, 2, 3, 4, 5, 6...). -> 자원 공유 증명
  • Local 값은 각자 1, 2, 3까지만 올라감. -> 스택 독립 증명

3. 프로세스 vs 쓰레드 비교

비교 항목프로세스 (Process)쓰레드 (Thread / LWP)
생성 비용상대적으로 비쌈 (메모리 구조 전체 복사)저렴 (메모리 포인터만 복사)
통신 방법어렵다 (IPC: 파이프, 소켓 등 필요)쉽다 (전역 변수, 힙 메모리 직접 접근)
문맥 전환느림 (캐시/TLB 비워야 함)빠름 (메모리 맵이 같아서 캐시 유지 유리)
안전성하나 죽어도 다른 프로세스 영향 없음하나 죽으면(Segfault) 프로세스 전체 사망

참고) 리눅스 시스템 콜 clone

프로세스인데 자원을 공유 가능한 이유는 clone() 시스템 콜 때문입니다.

  • fork(): 자원을 전부 복사 (Copy-on-Write).
  • clone(): 플래그(CLONE_VM, CLONE_FS 등)를 줘서 "복사하지 말고 포인터만 공유해"라고 지시함.

4. pthread 예제

전역 변수를 공유한다는 특징을 보여주는 간단한 예제

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

// [Data 영역] 모든 쓰레드가 공유하는 전역 변수
int g_counter = 0; 

void* worker(void* arg) {
    // [Stack 영역] 이 변수는 이 쓰레드만 가짐
    int local_val = 0; 

    g_counter++; // 옆 쓰레드와 같이 쓰는 변수 수정
    printf("쓰레드 실행 중... 공유값: %d\n", g_counter);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;
    
    // 쓰레드(=LWP) 생성
    pthread_create(&t1, NULL, worker, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, worker, NULL);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);
    
    return 0;
}

실행 결과

쓰레드 실행 중... 공유값: 1
쓰레드 실행 중... 공유값: 2
[1] + Done                       "/usr/bin/gdb" --interpreter=mi --tty=${DbgTerm} 0<"/tmp/Microsoft-MIEngine-In-2eya5ony.p44" 1>"/tmp/Microsoft-MIEngine-Out-2l3o11ba.oxb"

4-2) 10000개의 쓰레드를 돌리는 simple_thread

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#define thread_count 10000

// [Data 영역] 모든 쓰레드가 공유하는 전역 변수
int g_counter = 0; 

void* worker(void* arg) {
    // [Stack 영역] 이 변수는 이 쓰레드만 가짐
    int local_val = 0; 
    long my_id=(long)arg;

    printf("Thread : %ld ", my_id);

    g_counter++; // 옆 쓰레드와 같이 쓰는 변수 수정
    printf("쓰레드 실행 중... 공유값: %d\n", g_counter);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t[thread_count];
    
    // 쓰레드(=LWP) 생성
    for (size_t i = 0; i < thread_count; i++)
    {
        pthread_create(&t[i], NULL, worker, (void*)i);
    }
    

    for (size_t i = 0; i < thread_count; i++)
    {
        pthread_join(t[i], NULL);
    }
    
    
    
    return 0;
}

실행 결과

4.3) 응답성 & Blocking I/O 예제

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>

// [백그라운드 쓰레드] 무거운 작업 (Blocking I/O 시뮬레이션)
void* download_task(void* arg) {
    printf("   [Worker] 대용량 파일 다운로드 시작... (5초 소요)\n");
    
    // sleep()은 대표적인 Blocking 상태입니다.
    // 싱글 쓰레드였다면 여기서 프로그램 전체가 멈춥니다.
    for(int i=1; i<=5; i++) {
        sleep(1); 
        printf("   [Worker] 다운로드 중... %d0%%\n", i*2);
    }
    
    printf("   [Worker] 다운로드 완료!\n");
    return NULL;
}

// [메인 쓰레드] UI 담당 (Responsiveness)
int main() {
    pthread_t tid;
    
    // 1. 무거운 작업을 별도 쓰레드에게 위임 (Non-blocking 효과)
    pthread_create(&tid, NULL, download_task, NULL);

    // 2. 메인 쓰레드는 멈추지 않고 사용자 입력에 계속 반응함
    char input[100];
    printf("[Main] 다운로드 중에 다른 작업을 할 수 있습니다.\n");
    printf("[Main] 아무거나 입력해보세요 (종료하려면 'q'): ");
    
    while(1) {
        // 사용자의 입력을 기다림 (UI 반응성 유지)
        scanf("%s", input);
        
        if (input[0] == 'q') break;
        printf("[Main] 입력 확인: %s (다운로드와 상관없이 잘 작동함)\n", input);
        printf("[Main] 또 입력하세요: ");
    }
    
    pthread_join(tid, NULL); // 작업 끝날 때까지 대기 후 종료
    return 0;
}

실행 결과

[Worker] 대용량 파일 다운로드 시작... (5초 소요)
[Main] 다운로드 중에 다른 작업을 할 수 있습니다.
[Main] 아무거나 입력해보세요 (종료하려면 'q'):    [Worker] 다운로드 중... 20%
   [Worker] 다운로드 중... 40%
   [Worker] 다운로드 중... 60%
   [Worker] 다운로드 중... 80%
   [Worker] 다운로드 중... 100%
   [Worker] 다운로드 완료!
d
[Main] 입력 확인: d (다운로드와 상관없이 잘 작동함)
[Main] 또 입력하세요: q
[1] + Done                       "/usr/bin/gdb" --interpreter=mi --tty=${DbgTerm} 0<"/tmp/Microsoft-MIEngine-In-ooxwnvve.nbo" 1>"/tmp/Microsoft-MIEngine-Out-abo402yg.yj1"

// ************************************

// 다운로드 중간에도 q 열심히 입력 > 종료 안됌
[Worker] 대용량 파일 다운로드 시작... (5초 소요)
[Main] 다운로드 중에 다른 작업을 할 수 있습니다.
[Main] 아무거나 입력해보세요 (종료하려면 'q'): q
   [Worker] 다운로드 중... 20%
q   [Worker] 다운로드 중... 40%

q
q   [Worker] 다운로드 중... 60%

   [Worker] 다운로드 중... 80%
   [Worker] 다운로드 중... 100%
   [Worker] 다운로드 완료!
[1] + Done                       "/usr/bin/gdb" --interpreter=mi --tty=${DbgTerm} 0<"/tmp/Microsoft-MIEngine-In-pjtj5mzs.sma" 1>"/tmp/Microsoft-MIEngine-Out-lnxzkko0.tep"

+ 추가 트러블 슈팅) segmentation error 뜨는 이유?

코드에 대한 실행파일을 실행하자마자, a를 계속 눌러서 100개를 넘기게 되면 pthread_join(tid, NULL); 이 줄에서 segmentation error가 발생한다.

tid의 주소가 버퍼 오버플로우로 인해 오염됐기 때문이다. input[100] 배열에 100자를 넘게 입력하면, 스택 메모리에서 input 바로 위에 있던 tid 변수의 값을 덮어쓰게 된다.

코드 상에 tid의 주소를 찍을 수 있도록 while 문 앞 뒤로 before, after로 찍어주면 아래와 같이 주소 값이 달라지는 것을 확인 가능하다.

   [Worker] 대용량 파일 다운로드 시작... (5초 소요)
[Main] 다운로드 중에 다른 작업을 할 수 있습니다.
[Main] 아무거나 입력해보세요 (종료하려면 'q'): 

Before input, TID: f7ddf1a0 // 이전 주소

aaaaaaa   [Worker] 다운로드 중... 20%
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa   [Worker] 다운로드 중... 40%
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa   [Worker] 다운로드 중... 60%
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa   [Worker] 다운로드 중... 80%
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa
[Main] 입력 확인: aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa (다운로드와 상관없이 잘 작동함)
[Main] 또 입력하세요:    [Worker] 다운로드 중... 100%
   [Worker] 다운로드 완료!
a
[Main] 입력 확인: a (다운로드와 상관없이 잘 작동함)
[Main] 또 입력하세요: q

After input,  TID: 61616161  // 주소 달라짐

[1] + Done                       "/usr/bin/gdb" --interpreter=mi --tty=${DbgTerm} 0<"/tmp/Microsoft-MIEngine-In-vflfciuz.aez" 1>"/tmp/Microsoft-MIEngine-Out-kxt4dy4u.hh4"

사진 출처 : https://rhksgml78.tistory.com/m/379

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