• [10분 테코톡] 🌷 코다의 Process vs Thread
• https://nesoy.github.io/articles/2018-11/Context-Switching
• https://you9010.tistory.com/136
• https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=and_lamyland&logNo=221182893855
• http://tcpschool.com/java/java_thread_concept

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✅Process VS Thread

👏Process

Program 👉 피자를 만드는 레시피 = 파일 시스템에 존재하는 실행파일(코드가 구현되어있는 파일)
Process 👉 레시피로 만든 피자 = 프로세스란 단순히 실행 중인 프로그램(프로그램을 실행한 것)

📌 프로그램이 실행되어 프로세스를 만들면 일어나는 2가지 일

1. 프로세스가 필요로하는 재료가 메모리에 올라간다.

• 그 메모리는 4가지 영역으로 나뉘어 있다
  • Code 👉 실행 명령으로 포함하는 코드들
  • Data 👉 Static 변수 혹은 Global 변수
  • Heap 👉 동적 메모리 영역
  • Stack 👉 지역변수, 매개변수, 반환 값 등의 일시적인 데이터

2. 해당 프로세스에 대한 정보를 담고있는 PCB 블록이 프로세스 생성시 함께 만들어진다.

• 프로세스 제어 블록(Process Control Block) = CPU에 의해 실행 중인 특정한 프로세스를 관리할 필요가 있는 정보를 포함하는 운영 체제 커널의 자료 구조
  • pointer 👉 좀비상태, 대기 상태의 프로세스의 큐를 구현하기위해 필요한 포인터
  • process state 👉 현재 프로세스의 상태
  • pid 👉 프로세스 고유 번호
  • program counter 👉 다음 실행할 명령어의 주소값

📌 Context Switching

현재 진행하고 있는 Task(Process, Thread)의 상태를 저장하고 다음 진행할 Task의 상태 값을 읽어 적용하는 과정이다.

• CPU가 빠른 속도로 Task를 바꿔 가며 실행하기 위해 Context Switching이 필요하다.
  • Context Switiching으로 사람의 눈으론 여러 Task가 동시에 실행되는 것처럼 보이게 된다.
• Context Switching이 발생하게 되면 많은 Cost가 소요된다.
  • Cache, Memory Mapping 초기화 해야하고, Kernel은 항상 실행되어야 하기 때문이다.
• Context Switching 비용은 Process가 Thread보다 많이든다.
  • Thread는 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하므로 Stack 영역만 변경하면 된다.
    👉 굉장히 피곤하고 힘든 작업이다
    👉 그래서 경량화된 프로세스 버전인 Thread가 사용된다.

👏Thread

Thread 👉 프로세스(process) 내에서 실제로 작업을 수행하는 주체를 의미

• 모든 프로세스에는 한 개 이상의 스레드가 존재하여 작업을 수행한다.
• 두 개 이상의 스레드를 가지는 프로세스를 멀티스레드 프로세스(multi-threaded process)라고 한다.
• Thread는 LWP(경량 프로세스)라고도 한다.

📌 Thread는 왜 LWP(경량 프로세스)인가

👉 하나의 프로세스안에 다수의 Thread가 있을 경우, 공유되는 자원이 존재하기 때문이다.
Thread는 프로세스의 메모리 영역중 Stack 영역을 제외한 Code, Data, Heap 영역을 공유하므로 Context Switching 비용이 적다.

✅Multi-process VS Multi-thread

👉 멀티 프로세스와 멀티 스레드는 '동시에 두 가지 이상의 루틴을 실행 할 수 있는 역할'을 하는 것은 동일하다.

📌 Multi-process

• fork를 통해 프로세스를 복사하면 부모프로세스-자식프로세스 관계가 형성된다. 부모-자식 관계라고 해도 자신만의 메모리 영역을 가지게 된다.
• 프로세스 간의 통신을 하려면 IPC(Inter Process Communication; 세마포어, 큐, 공유메모리)를 통해야 한다.
• 특징
  • 각각의 프로세스는 독립적이다.
  • IPC를 사용하여 통신한다.
  • 자원 소모적이며 개별 프로세스가 메모리를 차지한다.
  • Context Switching 비용이 크다.
  • 각각 독립적이므로 동기화 작업이 불필요하다.
• 예시
  • 같은 작업을 두 사람이 다른 회의실에서 진행하다가 논의할 때만 밖으로 나오고 다시 각자의 회의실로 들어가 작업한다.

📌 Multi-thread

• 하나의 프로세스가 다수 개의 작업을 각각 스레드를 이용하여 동시에 작동 시킬 수 있다.
• 프로세스가 단일 Thread 하나로 실행되는 경우, 이때의 실행단위는 프로세스 그 자체가 된다.
• 프로세스가 여러 Thread로 나뉘어서 실행되는 경우, 실행단위가 나뉘어지며 멀티스레드가 된다.
• 특징
  • Thread끼리 긴밀하게 연결되어 있다.
  • 자원을 공유하기 때문에 통신 비용이 절감되고, 메모리 측면에서 효율적이다.
  • Context Switching 비용이 적다.
  • 공유 자원 관리가 필요하다.
• 예시
  • 두 사람이 같은 회의실에서 같은 작업을 처리한다.

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📌 멀티스레드가 가지는 이점

1. Context Switching 시에 공유 메모리 만큼의 시간(자원) 손실이 줄어든다.

• 프로세스간 Context Switching은 CPU 레지스터 교체 뿐만이 아니라 RAM과 CPU사이의 캐쉬메모리에 대한 데이터 까지 초기화 되므로 상당한 부담이 발생한다.

2. Stack을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 global(전역), static(정적) 변수 그리고 new, malloc에 의한 모든 자료를 공유할 수가 있다.

• 프로세스간 통신(ex.pipe)과 같이 복잡한 과정을 거치지 않고 보다 효율적인 일처리가 가능하다

📌 멀티프로세스를 왜 사용할까 ❓

멀티 스레드가 멀티 프로세스보다 좋아 보이는데 왜 굳이 멀티 프로세스를 사용할까 ❓
👉 멀티 스레드의 효율성과 안정성 문제가 있기 때문이다.

• 멀티 프로세스의 방식의 프로그램에서
  하나의 프로세스가 자신의 데이터 공간을 망가뜨린다면 해당 프로세스만 중단된다.
• 멀티 스레드 방식의 프로그램에서
  하나의 스레드가 자신이 사용하던 데이터 공간을 망가뜨린다면 하나의 데이터 공간을 공유하는 모든 스레드가 동작을 멈출 것이다. (Critical Section 기법으로 이 문제점을 개선)
• 예시
  • 인터넷 익스플로러 브라우저는 멀티 스레드를 사용한다.
    각 탭이 긴밀하게 연결되어 있으므로 하나의 Thread 즉, 하나의 탭에 문제가 발생하면 전체 프로세스에 영향이 미쳐 브라우저가 비정상 종료하게 된다.
  • 구글 크롬 브라우저는 멀티 프로세스를 사용하기 때문에 각 탭 간의 영향이 적다. 하나의 탭에 문제가 발생해도 전체 브라우저가 종료되지 않을 것이다.

✅Multi-core

멀티 코어 👉 두 개 이상의 독립 코어를 단일 집적 회로로 이루어진 하나의 패키지로 통합한 것이다.

• 멀티 프로세스, 멀티 스레드는 "처리방식"의 일종으로 소프트웨어 측면에 가깝다.
• 멀티 코어는 하드웨어 측면에 가깝다.

📌 Multi의 개념
👉 Concurrency와 Parallelism의 차이를 알아야 한다.

1. ✍Concurrency (동시성)
Pseudo Parallelism이라고도 불리는 Concurrency는 멀티프로그래밍을 하는 '척' 하는 것을 말한다. (둘 이상의 스레드가 동시에 처리되진 않는다)

• Single Processor 혹은 Single Core에서 스케줄러가 특정 스레드를 선택해 making progress를 하는 것이다.

2. ✍Parallelism (병렬성)
둘 이상의 코어가 존재하는 멀티 코어 시스템에서 여러 스레드 혹은 프로세스를 동시에 처리하는 행위를 말한다.

• Parallelism은 Data Parallelism과 Task Parallelism가 있다.
  • Data Parallelism 👉 작업량의 분배 (1 ~ 100을 더하는 업무에서, 1~50은 CPU1이 51~100은 CPU2가 계산한다)
  • Task Parallelism 👉 하는 업무의 분배 (1 ~ 50은 더하고, 51 ~ 100은 곱해 합산하는 업무에서, CPU1은 더하는 업무를 맡고 CPU2는 곱하는 업무를 맡는다)

📌 Single-core VS Multi-core

싱글코어

• 동시의 여러 작업을 실행하기 위해서 빠른 텀으로 전환이 되면서 여러 프로세스를 실행한다
  👉 Concurrency (동시성)

멀티코어

• 물리적으로 여러 개의 코어를 사용하여 다수의 실행단위를 한순간에 동시에 처리한다
  👉 Parallelism (병렬성)

✅요약