프로세스와 스레드의 차이
프로세스
: 실행중인 프로그램으로, 디스크로부터 메모리에 적재되어 CPU의 할당을 받을 수 있는 것을 말한다. 운영체제로부터 주소 공간, 파일, 메모리 등을 할당받으며 이것들을 총칭하는 것을 프로세스라 한다.
프로세스는 함수의 매개변수, 복귀 주소와 로컬 변수와 같은 임시 자료를 갖는 프로세스 스택 & 전역 변수들을 수록하는 데이터 섹션과 프로세스 실행 중에 동적으로 할당되는 메모리인 힙을 포함
프로세스 제어 블록(Process Control Block, PCB)
: 특정 프로세스에 대한 중요한 정보를 저장하고 있는 운영체제의 자료구조이다.
운영체제는 프로세스를 관리하기 위해 프로세스의 생성과 동시에 고유한 PCB를 생성한다.
프로세스는 CPU를 할당받아 작업을 처리하다가도 프로세스 전환이 발생하면 진행하고 있떤 작업을 저장하고 CPU를 반환해야 하는데, 이 작업 진행상황을 모두 PCB에 저장한다.
또한 다시 CPU를 할당받게 되면 PCB에 저장되어 있던 내용을 불러와 이전에 종료됐던 시점부터 다시 작업을 수행한다.
PCB에 저장되는 정보
- 프로세스 식별자(Process ID,pid)
- 프로세스 상태 : new, ready, running, waiting, terminated 등의 상태를 저장
- 프로그램 카운터 : 프로세스가 다음에 실행할 명령어의 주소
- CPU 레지스터
- CPU 스케쥴링 정보 : 프로세스의 우선 순위, 스케줄 큐에 대한 포인터 등
- 메모리 관리 정보 : 페이지 테이블 또는 세그먼트 테이블 등과 같은 정보를 포함
- 입출력 상태 정보 : 프로세스에 할당된 입출력 장치들과 열린 파일 목록
- 어카운팅 정보 : 사용된 CPU시간, 시간 제한, 계정 정보 등
스레드
스레드는 할당 받는 자원을 이용하는 프로세스의 실행의 단위이고 하나의 프로세스 내에서 여러 실행 흐름으로 프로세스 내의 주소 공간이나 자원 공유가 가능하다.
스레드는 ID,프로그램카운터,레지스터 집합,스택으로 구성된다. 같은 프로세스에 속한 다른 스레드와 코드, 데이터 섹션, 그리고 열린 파일이나 신호와 같은 운영 체제 자원들을 공유한다. 하나의 프로세스를 다수의 실행 단위로 구분하여 자원을 공유하고 자원의 생성과 관리의 중복성을 최소화하여 수행 능력을 향상 시키는 것을 멀티 스레딩이라고 한다. 이 경우 각각의 스레드는 독립적인 작업을 수행해야 하기 때문에 각자의 스택과 PC 레지스터 값을 갖고 있다.
스택을 스레드마다 독립적으로 할당하는 이유
스택은 함수 호출 시 전달되는 인자, 되돌아갈 주소값 및 함수 내에서 선언하는 변수 등을 저장하기 위해 사용되는 메모리 공간이므로 스택 메모리 공간이 독립적이라는 것은 독립적인 함수의 호출이 가능하다는 것이고 이는 독립적인 실행 흐름이 추가되는 것이다.
따라서 스레드의 정의에 따라 독립적인 실행 흐름을 추가 하기 위한 최소 조건으로 독립된 스탠을 할당한다.
PC Register
PC값은 스레드가 명렁어의 어디까지 수행되었나를 나타낸다. 스레드는 CPU를 할당받았다가 스케줄러에 의해 다시 선점당한다. 그렇기 때문에 명렁어가 연속되지 못하고 어느 부분까지 수행했는지 기억할 필요가 있다. 따라서 PC 레지스터를 독립적으로 할당한다.
멀티스레드
멀티스레드의 장점
: 프로세스를 이용하여 동시에 처리하던 일을 스레드로 구현할 경우 메모리 공간과 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.
스레드 간의 통신이 필요한 경우에도 별도의 자원을 이용하는 것이 아니라 전역 변수의 공간 또는 동적으로 할당된 공간인 Heap 영역을 이용하여 데이터를 주고 받을 수 있다.
따라서 프로세스사이의 통신 방법보다 스레드 간의 통신 방법이 훨씬 간단하다.
스레드의 context switch는 프로세스 context switch와는 달리 캐시 메모리를 비울 필요가 없기 때문에 더 빠르다. 따라서 시스템의 throughput(단위당 전송량)이 향상되고 자원 소모가 줄어들며 자연스럽게 프로그램의 응답 시간이 단축된다.
이러한 장점 때문에 여러 프로세스로 할 수 있는 작업들을 하나의 프로세스에서 여러 스레드로 작업한다.
멀티 스레딩의 문제점
: 멀티 프로세스 기반으로 프로그래밍 할 때는 프로세스 사이에 공유하는 자원이 없기 때문에 동일한 자원에 동시에 접근하는 일이 없었지만 멀티 스레딩을 기반으로 프로그래밍을 할때 주의해야 한다.
서로 다른 스레드가 데이터와 힙 영역을 공유하기 때문에 어떤 스레드가 다른 스레드에서 사용중인 변수나 자료 구조에 접근하여 엉뚱한 값을 읽어오거나 수정할 수 있다.
따라서 멀티 스레딩 환경에서는 동기화 작업이 필요하다. 동기화를 통해 작업 처리 순서를 컨트롤 하고 공유 자원에 대한 접근을 컨트롤 하는 것이다.
하지만 이로 인해 병목현상이 발생하여 성능 저하가 될 수도 있다.
멀티 스레드 vs 멀티 프로세스
멀티 스레드는 멀티 프로세스보다 적은 메모리 공간을 차지하고 문맥 전환이 빠르다는 장점이 있따. 하지만 오류로 인해 하나의 스레드가 종료되면 전체 스레드가 종료될 수 있다는 점과 동기화 문제를 가지고 있다.
하지만 멀티 프로세스 방식은 하나의 프로세스가 죽더라도 다른 프로세스에 영향을 끼치지 않고 정상적으로 수행이 가능하지만, 멀티 스레드보다 많은 메모리 공간과 CPU시간을 차지한다는 단점이 있다.
동시에 여러 작업을 수행한다는 점에서 같지만 적용해야 하는 시스템에 따라 적합한 방법을 사용해야 한다.
아래의 깃 링크에 나와있는 질문을 참고하여 작성했습니다.
