[운영체제] 프로세스와 스레드에 대해서 알아보자.

 

오늘은 기술면접 단골질문인 프로세스와 스레드에 대해서 알아보는 시간을 갖도록 하겠다.

 

프로세스와 스레드의를 이해하기 위해서는 프로그램/프로세스/스레드의 자세한 개념을 이해할 필요가 있다.

 

차근차근 알아보자.

 

 

① 프로그램 (Program)

 (1) 정의

  - 어떤 작업을 위해 실행할 수 있는 파일

  - 파일이 저장장치에 저장되어 있지만 메모리에는 올라가 있지 않은 정적인 상태

 

한마디로 설치는 되어있지만 실행되지 않은 상태라고 생각하면 될것같다.

 

 

② 프로세스 (Process) 

 (1) 정의

  - 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램

  - 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적인 객체)

  - 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 단위

  - 오류로 인해서 종료가 될 때 다른 프로세스의 영향을 주는 경우가 거의 없다.

 

실행이 되지 않은 프로그램을 작동시키면 해당 파일은 컴퓨터 메모리에 할당되고 정적인 상태가 아니라 동적인 상태가 되는데 이를 프로세스라고 한다.

 

 (2) 특징

  - 프로세스는 각각 독립된 메모링 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다.

  - 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인스레드)를 가지고 있다.

  - 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료 구조에 접근할 수 없다.

  - 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신(IPC, inter-process communication)을 사용해야 한다. ex) 파이프, 파일, 소켓 등을 이용한 통신 방법

 

이미지 출처 https://gmlwjd9405.github.io/ 

 

 

③ 스레드 (Thread)

 (1) 정의

  - 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위

  - 프로세스의 특정한 수행 경로

  - 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위

  - 어떤 스레드 하나가 오류를 발생시키면 같은 프로세스 내의 다른 스레드 모두가 강제 종료된다.

 

과거에 비해 프로그램은 더이상 한가지 일만을 수행하지 않고 여러가지 일을 해야만한다. 그래서 쉽게 생각해보면 여러가지 프로세스를 만들어서 처리하면 되지 않을까라고 생각할 수 있지만, 운영체제는 안정성을 위해 자신의 프로세스 메모리에만 접근가능하도록 막고있다. 따라서 프로세스 안에서 세부적으로 여러일을 나눌 수 있어야했고 그것이 스레드이다. (스레드는 프로세스의 하위개념)

 

 (2) 특징

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

  - 스레드는 한 프로세스 내에서 동작하는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들(힙 공간 등)을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.

  - 같은 프로세스 안에 있는 여러 스레드들은 같은 힙 공간을 공유한다. 반면에 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근할 수 없다.

  - 각각의 스레드는 별도의 레지스터와 스택을 갖고 있지만, 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있다.

  - 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 이웃 스레드(sibling thread)도 그 변경 결과를 즉시 볼 수 있다.

 

이미지 출처 https://velog.io/@raejoonee/

 

 

 

* 멀티 프로세스, 멀티 테스킹, 멀티 스레드

 

① 멀티 프로세스 (Multi-process)

 - 하나의 운영체제에서 여러 프로세스가 실행되는 것.

 

② 멀티 테스킹 (Multi-tasking)

 - 하나의 응용프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업(Task)을 처리하도록 하는 것.

 

 (1) 장점

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

 

 (2) 단점

  - Context-Switching에서의 오버헤드

  - 프로세스 사이의 어렵고 복잡한 통신 기법(IPC)

    - 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 하나의 프로그램에 속하는 프로세스들 사이의 변수를 공유할 수 없다.

 

 

③ 멀티 스레드 (Multi-thread)

 - 하나의 프로세스가 여러 작업을 여러 스레드를 사용하여 동시에 처리하는 것.

 

 (1) 장점

  - Context-Switching할 때 공유하고 있는 메모리만큼의 메모리 자원을 아낄 수 있다.

  - 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적어서 응답 시간이 빠르다.

 

 (2) 단점

  - 스레드 하나가 프로세스 내 자원을 망쳐버린다면 모든 프로세스가 종료될 수 있다.

  - 자원을 공유하기 때문에 필연적으로 동기화 문제가 발생할 수 밖에 없다.

 

 

※ References

[OS] 프로세스와 스레드의 차이 - Heee's Development Blog

프로세스와 스레드의 차이