정리
JavaScript EventLoop 에 대해 알아보다가 결국 운영체제의 Process, Thread 개념까지 와버렸다.. 알고 가야 이해가 될 것 같아서 정리해본다. 그 전에 프로세스와 스레드가 무엇인지에 대해 알려면 관련 용어들을 정리할 필요가 있다.
Program
- 컴퓨터가 실행할 수 있는 명령어들의 집합이다.
Process
- CPU의 실행 단위이다.
- 컴퓨터에서 실행 중인 프로그램 각각의 프로세스는 독립된 메모리 공간을 할당받는다.
CPU(Central Processing Unit)
- 명령어를 실행하는 연산장치이다.
메인메모리(Main Memory)
- 프로세스가 CPU에서 실행되기 위해 대기하는 곳이다.
IO(Input/Output)
-
파일을 읽고 쓰거나 네트워크의 어딘가와 데이터를 주고 받는 것을 말한다.
-
프린터, 키보드, 마우스 등 과 같은 입출력 장치와 데이터를 주고받는 것을 말한다..
가장 초창기의 시스템?
단일 프로세스 시스템
- 한번에 하나만 프로세스만 실행 가능하다. 다른 프로세스가 실행되려면 기존에 실행되고 있던 프로세스가 작업이 끝나야 실행 가능하다.
단점
=> CPU의 사용률이 좋지 않다.
- 예를 들어보자.
CPU에서 하나의 프로세스가 실행되고 있다 가정해보자. 이 때 이 프로세스가 IO 작업을 하게 되면 CPU는 할 일이 없어지게 되며 아무것도 하지 않게 된다. 그렇다, 사용률은 이 때를 말하는 것이다.
해결책?
-
이를 해결하기 위해 여러 개의 프로그램을 메로리에 올려놓고 동시에 실행시키자 라는 해결책이 나오게 되었다.
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하나의 프로세스에 대해 IO 작업이 발생하면 대기하고 있던 다른 프로세스가 CPU에서 실행된다는 해결방안 인 것이다.
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이 해결책에 대한 예를 들어보자.
p1, p2 라는 프로세스가 있다고 가정하자. CPU에서 p1이 실행되다가 p1이 IO 작업을 해야되는 상황이 오면 CPU는 다른 프로세스 p2를 실행시킨다. 이 때 또 p2가 IO작업을 해야하는 상황이 왔다. p1의 IO 작업이 끝났다면 다시 p1을 실행시키고 p1, p2 둘다 IO 작업을 수행중이라면 CPU는 아무것도 하지 않게 된다. 기존의 단일 프로세스 시스템보단 CPU의 사용률이 올라갔다고 볼 수 있다!
멀티프로그래밍(Multi Programming)
- 위의 예시에서 언급했던 것처럼 이 것을 멀티프로그래밍 이라고 부른다.
- CPU 사용률을 극대화 시키는데에 목적으로 나오게 되었다.
단점
-
CPU의 사용시간이 길어지면 다른 프로세스는 계속 대기하게 된다.
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위의 예를 들어보자
=> p1 이라는 프로세스가 CPU를 점유하고 계속 실행 중 이다. 위에서 언급했던 멀티프로그래밍, 단일프로세스 개념으로 접근해보면 프로세스가 IO 작업을 수행하러 가거나 실행이 끝났을 경우, 즉, CPU 점유가 없을 경우, 다른 프로세스가 실행 가능하다. 그러므로 p2라는 p1과 다른 프로세스는 계속 대기를 할 수 밖에 없는 것이다.
=> 하나의 CPU에서 만약 하나의 프로세스가 계속 실행중이라면 다른 프로세스는 계속 실행 대기를 할 수 밖에 없다.
해결책 ?
- 이 같은 문제점을 해결하기 위해 프로세스는 한 번 CPU 사용할 때 아주 짧은 시간 (quantum)만 CPU에서 실행되도록 하자 라는 해결책이 고안되었다.
- 한 마디로 기존의 CPU 시간이 일자로 쭉 흘러간다고 했다면, CPU 시간의 일자 그래프를 여러 개의 TimeSlot으로 쪼개는 것이다.
멀티 태스킹(Multi Tasking)
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위와 같이 CPU의 시간을 쪼개는 것을 멀티태스킹 이라고 한다.
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멀티 프로그래밍과 같이 여러 프로그램을 실행 시킨다는 것과는 유사하지만 CPU 시간을 잘게 쪼개서 프로세스를 실행시킨다는 것과는 다른점이있다.
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멀티 태스킹은 프로세스의 응답시간을 최소화 시키는데에 목적이 있다.
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사용자의 입장에서는 동시에 여러프로그램을 실행시킨다는 생각을 줄 수 있다.
아쉬운 점?
- 하나의 프로세스가 동시에 여러 작업을 수행하지는 못한다.
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물론 여러 프로세스를 만들어서 실행시킬 순 있겠지만 프로세스의 컨텍스트 스위칭은 아주 무거운 작업이다.
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또한 프로세스끼리는 데이터 공유가 까다롭다.
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왜냐하면 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가지기 때문이다.
- 또한 하나의 CPU에서 계속 실행시키는 것이 발열 등의 이슈로 까다로워졌다.
- 그래서 듀얼 코어라는 것이 등장하게 되었는데 듀얼 코어를 잘쓰고 싶어졌다.
스레드(THread)
=> 위의 에로사항을 고려해서 나온 것이 바로 스레드(Thread) 이다!
스레드란?
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CPU에서 실행되는 단위이다.
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예전에 CPU에서 실행되는 단위는 프로세스 였다.
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같은 프로세스의 스레드들끼리는 컨텍스트 스위칭이 가볍다.
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같은 프로세스의 스레드끼리 데이터(메모리 영역) 공유가 가능하다.
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프로세스는 한 개 이상의 스레드를 가질 수 있다.
=> 스레드는 한 프로세스 안에서 동시의 작업을 위해 등장하였기 때문에 프로세스는 한 개 이상의 스레드를 가지는것이 당연하다!
스레드의 메모리구조
=> 스레드의 메모리 영역을 살펴보면 다음과 같이 나뉘어져 있다.
Code
- 실행할 코드들이 할당되는 영역
Data
- 선언된 변수들이 차지하는 영역
heap
- 선언된 객체 및 배열이 동적할당 되는 영역
Stack
- 실행 될 함수들이 차지하는 영역
멀티스레드
- 스레드들은 자신만의 메모리 영역 stack을 가지며 stack을 제외한 모든 영역이 공유 가능하다.
- 위의 사진들은 싱글스레드 프로세스와 멀티스레드 프로세스의 메모리 영역을 나타낸 것이다. 위의 사진처럼 하나의 프로세스에서 작업을 수행하는 각각의 스레드들은 code, data, heap, stack으로 영역이 나뉘어져 있으며 동일한 프로세스에 존재하는 멀티스레드 일 경우, 자기 고유 메모리 영억인 stack을 제외한 영역의 자원을 서로 공유하는 것을 알 수 있다.
Programcounter
=> 다음번에 실행되야 될 명령들의 메모리의 주소를 가리킨다.
멀티스레딩(Multi Threading)
- 하나의 프로세스가 동시에 여러작업을 실행하는데 목적이 있다.
멀티태스킹의 개념의 확장
- 멀티스레딩은 멀티태스킹 개념의 확장이라고 볼 수 있다.
- 여러 프로세스와 여러 스레드는 아주 아주 짧게 쪼갠 CPU의 시간을 할당 받는다.
멀티프로세싱(Multi Processing)
- 두 개 이상의 프로세스나 코어를 활용하는 시스템을 멀티프로세싱이라고 한다.
코어!?
=> 일상생활과 대조하면 어떤 회사의 작업자 라고 생각하면 편할 것 같다!
만약 단순 무식하게 코어는 많을 수록 좋지 하고 4개, 5개 이상 적재된 PC를 샀다고 가정해보았을 때, 그 PC로 하는 작업이 단순 게임, 문서 작업이라면 인건비 낭비 라고 생각하면 이해가 쉬울 것 같다!
