[OS] 프로세스와 스레드의 차이

프로세스와 스레드의 차이

프로세스 : (하드디스크에 있는) 프로그램을 메인 메모리에 올려 동적으로 실행시킨 상태로, OS 입장에서의 최소 작업 단위
스레드 : 프로그램의 단위가 커지고 복잡해짐에 따라 프로세스보다 더 작은 실행 단위로, CPU 입장에서의 최소 작업 단위

프로세스

프로그램과 프로세스란?

• 프로그램 : 어떤 작업을 실행할 수 있는 파일 (하드에 저장되어있는 정적인 상태의 실행파일)
• 프로세스 : 실행 중인 프로그램 (프로그램을 메모리에 올려 실행시킨 동적인 상태)

프로세스의 특징

• 프로세스가 메모리에 올라갈 때 운영체제로부터 시스템 자원을 할당 받는다.
• 각각 독립적인 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap)을 할당받는다.
• 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근할 수 없다.
• 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신(IPC, inter-process communication)을 사용해야 한다.
• 프로세스당 최소 1개의 스레드(Main 스레드)를 가지고 있다.

시스템 자원의 종류

• CPU 시간
• 메인 메모리의 주소 공간 (각 프로세스마다 별도의 주소 공간에서 실행)
• 각각 독립적인 메모리 영역 JAVA 메모리 영역
  - Code : 코드 자체를 구성하는 메모리 영역
  - Data : 전역변수(global), 정적변수(static), 배열(array), 구조체(structure) 등이 저장되는 영역으로, 프로그램이 실행 시 생성, 프로그램이 종료 시 반환
  - Stack : 지역(local) 변수, 매개변수(parameter), 리턴 값 등 잠시 사용되었다가 사라지는 데이터를 저장하는 영역으로, 함수 호출 시 생성, 함수 종료시 반환
  - Heap : 프로그래머가 동적으로 사용하는 영역

프로세스의 단점

• 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다. → 하나의 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근할 수 없다.
• 단점 : 각각 독립된 메모리 영역을 가지기에 Context Switching에 많은 오버헤드가 발생한다.

( Context Switching 이란, 하나의 프로세스를 실행하고 있는 상태에서 다음 프로세스가 실행되어야 할 때 기존의 프로세스의 상태 또는 레지스터 값(Context)을 저장하고 CPU가 다음 프로세스를 수행하도록 새로운 프로세스의 상태 또는 레지스터 값(Context)를 교체하는 작업)

스레드

스레드란

• 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위

스레드의 특징 및 장단점

• 같은 프로세스의 스레드들끼리는 각각 Stack만 따로 할당받고, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들(Code/Data/Heap)은 공유한다.
• 장점
  - 스레드간 데이터를 주고 받는 때 자원 소모가 줄고, 응답 시간 단축된다.
  - Context Switching의 오버헤드가 해결된다.
• 단점
  - 서로 데이터를 사용하다가 충돌이 일어날 수 있다.
  - 어떤 스레드 하나에서 오류가 발생한다면 같은 프로세스 내의 다른 스레드 모두가 강제로 종료된다.

자바 스레드

• 자바에는 프로세스가 존재하지 않고 스레드만 존재
• JVM가 운영체제의 역할을 하여, JVM이 스레드 스케줄링을 한다.
• 싱글 스레드(Main 스레드)의 경우 코드의 위에서부터 아래로 순차적으로 실행한다.
• 멀티 스레드의 경우
  - 멀티 쓰레드를 사용하면 동시에 여러 개의 코드를 수행할 수 있다.
  동시에 엄청난 양이 들어오는 서비스에서는
  하나씩 처리하면 엄청난 시간이 걸리기 때문에
  쓰레드를 사용하여 많은 양도 한번에 처리하는 멀티스레드를 사용한다.

public class Task implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        // 실행 내용
    }
}

public static void main(String args[]){
    Runnable task = new Task();
    Thread thread1 = new Thread(task);
    Thread thread2 = new Thread(task);

    thread1.start(); // 작업A
    thread2.start(); // 작업B
} 
// 두 작업이 동시에 실행된다

Java에서 Thread를 구현하는 방식

1. Thread 클래스를 이용하는 것
2. Runnable 인터페이스를 이용하는 것 (일반적인 방식!)
   ⇒ 두 가지 중 한 가지 방법 선택 후 run() 함수 구현하고 start()로 실행

1. Thread 클래스를 이용하는 것
   Thread 클래스를 상속받으면 다른 클래스를 상속 받지 못한다.

class MyThread extends Thread {
 
    public void run() {
        작업내용          // Thread 클래스의 run()을 오버라이딩
    }
}
public class Thread implements Runnable

2. Runnable 인터페이스를 이용하는 것
   Runnable은 run만 정의되어있는 인터페이스로, 재사용성이 높고 코드의 일관성을 유지할 수 있는 객체지향적인 방식이다.

public class Test implements Runnable {
 
    @Override
    public void run() {
        작업내용          // Runnable 인터페이스의 run()을 구현
    }
}