[운영체제] 프로세스와 스레드

프로그램

컴퓨터에서 실행할 수 있는 파일 (.exe 등)

파일이 저장 장치에 저장되어 있지만 메모리에는 올라가 있지 않은 정적인 상태

 

 

프로세스

실행 중인 프로그램(program) 즉, 사용자가 작성한 프로그램이 OS에 의해 메모리 공간을 할당받아 실행 중인 것

 

1. 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다.
   • Code : 프로세스가 실행할 코드와 매크로 상수가 기계어의 형태로 저장
   • Data : 전역변수 또는 static 변수 등등이 저장 (프로그램이 구동되는 동안 항상 접근 가능한 변수가 저장)
   • Stack : 함수 안에서 선언된 지역변수, 매개변수, 리턴값, 돌아올 주소 등등이 저장되고 함수 호출시 기록하고 종료되면 제거
   • Heap : 런타임에 크기가 결정되는 메모리 영역, 사용자에 의해 메모리 공간이 동적으로 할당되고 해제
2. 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근할 수 없다 → 프로세스 간의 통신(IPC, inter-process communication)을 사용해야 한다.

프로세서

프로세스가 동작될 수 있도록 하는 하드웨어 (CPU)

* 동작 : 프로그램의 자원들이 메모리에 올라오고, 실행되어야 할 코드의 메모리 주소를 CPU의 레지스터로 올리는것.

 

 

멀티태스킹/멀티프로세스

하나의 운영체제 안에서 여러 프로세스가 실행 되는 것.

여러 프로세스가 동시에 실행되는 것처럼 보이지만 그렇지 않다. CPU는 한순간에 하나의 프로세스만 실행할 수 있음

운영체제가 짧은 시간에 수십번에서 수천번 실행할 프로세스를 교체하고 있기 때문에 동시에 실행되는 것처럼 느껴짐

 

장점

1. 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 발생하면 그 자식 프로세스만 죽는 것 이상으로 다른 영향이 확산되지 않는다

단점

1. Context Switching 의 오버헤드
   • 프로세스 간의 Context Switching시 단순히 CPU 레지스터 교체 뿐만 아니라 RAM과 CPU 사이의 캐쉬 메모리에 대한 데이터까지 초기화되므로 오버헤드가 크다
   • Context Switching : CPU가 여러 프로세스를 돌아가며 작업하기 위해, 동작 중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태(Context)를 보관하고, 대기하고 있던 다음 순서의 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 프로세스의 상태를 복구하는 작업
2. 다른 프로세스 정보를 이용하기 위해서 IPC 통신 필요

 

 

스레드

한 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위

 

• 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.

 

 

멀티스레드

프로세스가 여러 작업을 여러 스레드를 사용하여 동시에 처리하는 것

 

장점

1. Context-Switching할 때 공유하고 있는 메모리만큼의 메모리 자원을 아낄 수 있다.
2. 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적어서 응답 시간이 빠르다.

 

단점

1. 스레드 하나가 프로세스 내 자원을 망쳐버린다면 모든 프로세스가 종료될 수 있다.
2. 자원을 공유하기 때문에 필연적으로 동기화 문제가 발생할 수밖에 없다.
3. 스레드의 스케줄링은 운영체제가 처리하지 않기 때문에 프로그래머가 직접 동기화 문제에 대응해야하고 디버깅이 어렵다

 

 

 

참고

• https://gmlwjd9405.github.io/2018/09/14/process-vs-thread.html
• https://selfish-developer.com/entry/%EC%8A%A4%ED%83%9D-%ED%9E%99-%EC%BD%94%EB%93%9C-%EB%8D%B0%EC%9D%B4%ED%84%B0%EC%98%81%EC%97%AD
• https://velog.io/@raejoonee/%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4%EC%99%80-%EC%8A%A4%EB%A0%88%EB%93%9C%EC%9D%98-%EC%B0%A8%EC%9D%B4