process를 간단히 설명해 주세요.
실행파일(program)이 memory에 적재되어 CPU를 할당받아 실행되는 것을 process라고 합니다.
Process
프로세스(process)란 실행중인 프로그램(program in execution)을 뜻합니다. 즉, 실행파일 형태로 존재하던 program이 memory에 적재되어 CPU에 의해 실행(연산)되는 것을 process라고 합니다.
(+ program은 단순히 명령어 리스트를 포함하는 파일입니다.)
Memory에 적재
memory는 CPU가 직접 접근할 수 있는 컴퓨터 내부의 기억장치 입니다. program이 CPU에서 실행되려면 해당 내용이 memory에 적재된 상태여야만 합니다.
프로세스에 할당되는 memory 공간은 Code, Data, Stack, Heap 4개의 영역으로 이루어져 있으며, 각 process마다 독립적으로 할당을 받습니다.
Code 영역 : 실행한 프로그램의 코드가 저장되는 메모리 영역
Data 영역 : 프로그램의 전역 변수와 static 변수가 저장되는 메모리 영역
Heap 영역 : 프로그래머가 직접 공간을 할당(malloc)/해제(free) 하는 메모리 영역
Stack 영역 : 함수 호출 시 생성되는 지역 변수와 매개 변수가 저장되는 임시 메모리 영역CPU의 연산과 PC register
프로그램의 코드를 토대로 CPU가 실제로 연산을 해야만 프로그램이 실행된다고 볼 수 있습니다. 그럼 어떤 코드를 읽어야 하는가를 정하는 것은 CPU 내부에 있는 PC(Program counter) register에 저장되어 있습니다. PC register에는 다음에 실행될 코드(명령어, instruction)의 주소값이 저장되어 있습니다. 즉, memory에 적재되어있는 process code영역의 명령어중 다음번 연산에서 읽어야할 명령어의 주소값을 PC register가 순차적으로 가리키게 되고, 해당 명령어를 읽어와서 CPU가 연산을 하게 되면 process가 실행이 되는 것입니다.
⭐⭐⭐⭐ Multi process에 대해서 설명해 주세요.
Multi process란 2개 이상의 process가 동시에 실행되는 것을 말합니다. 동시에라는 말은 동시성(concurrency)과 병렬성(parallelism) 두 가지를 의미합니다.
동시성은 CPU core가 1개일 때, 여러 process를 짧은 시간동안 번갈아 가면서 연산을 하게 되는 시분할 시스템(time sharing system)으로 실행되는 것입니다.
병렬성은 CPU core가 여러개일 때, 각각의 core가 각각의 process를 연산함으로써 process가 동시에 실행되는 것입니다.
Thread
한 process 내에서 실행되는 동작(기능 function)의 단위입니다. 각 thread는 속해있는 process의 Stack 메모리를 제외한 나머지 memory 영역을 공유할 수 있습니다.
⭐ Multi thread에 대해서 설명해 주세요.
Multi thread란 하나의 process가 동시에 여러개의 일을 수행할수 있도록 해주는 것입니다. 즉, 하나의 process에서(실행이 된 하나의 program에서) 여러 작업을 병렬로 처리하기 위해 multi thread를 사용합니다. multi thread에서는 한 process 내에 여러 개의 thread가 있고, 각 thread들은 Stack 메모리를 제외한 나머지 영역(Code, Data, Heap) 영역을 공유하게 됩니다.
⭐ multi process와 multi thread를 비교설명해 주세요.
multi thread는 multi process보다 적은 메모리 공간을 차지하고 Context Switching이 빠릅니다.
multi process는 multi thread보다 많은 메모리공간과 CPU 시간을 차지합니다.
multi thread는 동기화 문제와 하나의 thread 장애로 전체 thread가 종료될 위험이 있습니다.
multi process는 하나의 process가 죽더라도 다른 process에 영향을 주지 않아 안정성이 높습니다.
Multi process & Multi thread
multi process대신 multi thread로 구현할 경우, 메모리 공간과 시스템 자원 소모가 줄어들게 됩니다. 하지만 multi thread를 사용할 때는 thread간 자원을 공유하기 때문에 동기화문제가 발생할 수 있기 때문에 이를 고려한 프로그램 설계가 필요합니다.
또한 process간의 통신(IPC)보다 thread간의 통신 비용이 적기 때문에 통신으로 인한 오버헤드가 적습니다.
[참고자료] chrome과 firefox의 차이(multi process vs multi thread)
How web browsers use Processes and Threads
⭐ multi process환경에서 process간에 데이터를 어떻게 주고 받을까요?
원칙적으로 process는 독립적인 주소 공간을 갖기 때문에, 다른 process의 주소 공간을 참조할 수 없습니다. 하지만 경우에 따라 운영체제는 process 간의 자원 접근을 위한 매커니즘인 프로세스 간 통신(IPC, Inter Process Communication)를 제공합니다.
⭐ Multi process/thread 환경에서 동기화 문제를 어떻게 해결하나요?
동기화문제를 해결하기 위해 mutex, semaphore 기법 등을 사용할 수 있습니다.
Mutex란 1개의 스레드만이 공유 자원에 접근할 수 있도록 하여, 경쟁 상황(race condition)를 방지하는 기법입니다. 공유 자원을 점유하는 thread가 lock을 걸면, 다른 thread는 unlock 상태가 될 때까지 해당 자원에 접근할 수 없습니다.
Semaphore란 S개의 thread만이 공유 자원에 접근할 수 있도록 제어하는 동기화 기법입니다. Semaphore 기법에서는 정수형 변수 S(세마포) 값을 가용한 자원의 수로 초기화하고, 자원에 접근할 때는 S-- 연산을 수행하여 세마포 값을 감소시키고 자원을 방출할 때는 S++ 연산을 수행하여 세마포 값을 증가시킵니다. 이 때 세마포 값이 0이 되면 모든 자원이 사용 중임을 의미하고, 이후 자원을 사용하려는 프로세스는 세마포 값이 0보다 커질 때까지 block 됩니다.
교착상태(Deadlock)에 대해서 간단히 설명해 주세요.
둘 이상의 thread가 각기 다른 thread가 점유하고 있는 자원을 서로 기다릴 때, 무한 대기에 빠지는 상황을 말합니다.
deadlock이 발생하는 조건은 상호 배제(mutual exclusion), 점유 대기(hold-and-wait), 비선점(no preemption), 순환 대기(circular wait)입니다. 이 4가지 조건이 동시에 성립할 때 발생할 수 있습니다.
deadlock 문제를 해결하는 방법에는 무시, 예방, 회피, 탐지-회복의 4가지 방법이 있습니다.
