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[Operating System] Process vs Thread

1. Process

프로세스(Process)는 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적인 객체)다.

  • 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위
    • 할당받는 시스템 자원
      • CPU 시간
      • 운영되기 위해 필요한 주소 공간
      • Code, Data, Stack, Heap의 구조로 되어있는 독립된 메모리 영역
  • 메인 메모리에 적재

1.1. Process 특징

스크린샷 2023-06-16 오전 2 05 15
  • 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다.

  • 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다.

  • 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 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 이용

2. Thread

스레드(Thread)는 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위다.

  • 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위

2.1. Thread 특징

스크린샷 2023-06-16 오전 5 36 11
  • 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
  • 스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들(Heap 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.

3. Multi Process vs Multi Thread

3.1. Multi Process

멀티 프로세스(Multi Process)는 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성해 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.

장점

  • 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 생기면 해당 자식 프로세스가 죽는 것 외에 다른 영향이 확산되지 않는다.

단점

  • 컨텍스트 스위칭(Context Switching) 과정에서 캐시 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 등 오버헤드가 발생한다.
  • 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받아 변수를 공유할 수 없어 프로세스 사이 통신 기법(IPC)이 어렵고 복잡하다.

3.2. Multi Thread

멀티 스레드(Multi Thread)는 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.

ex) 웹 서버

장점

  • 프로세스를 생성해 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
  • 스레드 간 데이터를 교환이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들어 컨텍스트 스위칭이 빠르다.
  • 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적어 프로그램 응답 시간이 단축된다.

단점

  • 주의 깊은 설계가 필요하다.
  • 디버깅이 까다롭다.
  • 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.
  • 다른 프로세스에서 스레드를 제어(프로세스 밖에서 스레드 각각을 제어)할 수 없다.
  • 멀티 스레드의 경우 자원 공유 문제가 발생한다. = 동기화 문제
  • 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다.

3.3. Multi Thread 사용 이유

멀티 프로세스 대신 멀티 스레드를 사용하는 이유는 여러 프로그램을 실행하는 것보다 하나의 프로그램 안에서 여러 작업을 해결하는 것이 자원을 효율적으로 관리할 수 있을 뿐 아니라 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축이 가능하기 때문이다.

References

[OS] 프로세스와 스레드의 차이