들어가기에 앞서
- 프로그램이란?
파일이 저장 장치에 저장되어 있지만 메모리에 올라와 있지 않는 정적인 상태
(실행시킬 수 있는 파일)
1. 프로세스
- 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위
- 실행 중인 프로그램
- 위 그림은 프로세스가 실행될 때, 메모리에 생기는 주소 공간이다.
Text 영역- 사용자가 작성한 코드가 기계어 명령 형태로 변경되어 저장되는 공간.
Data 영역- Static 변수 or Global 변수를 저장하는 공간.
Heap 영역- 동적 메모리 영역 (런타임 동안 늘어나기도 하고 줄어들기도 한다)
Stack 영역- 함수 복귀주소, 지역변수, 매개변수, 반환 값 등 일시적인 데이터를 저장하는 공간. (컴파일 타임에 크기가 결정)메모리 영역을 나누는 이유
우리가 어떠한 프로그램을 구현할 때, 각각의 변수, 함수, 클래스 등이 호출되고 해제되는 시기가 다르기 때문이다.
ex) 어떠한 함수 내에서 한 번 사용되는 변수가 프로그램의 처음부터 끝까지 메모리에 남아있다면 메모리가 낭비된다.결국 유사한 성향의 데이터를 묶어서 저장하면 관리가 용이해지고 접근속도가 향상되기 때문에 메모리 영역을 나누는 것이다.
- 위 그림과 같이 해당 프로세스에 대한 정보를 가지고 있는 PCB블록이 프로세스 생성과 동시에 만들어진다.
2. 스레드
한 프로세스 내에도 여러 갈래의 작업들이 동시에 진행될 필요가 있다. ex) 웹 서버의 동시 요청 처리
- 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위
- 프로세스 내에서 실제로 작업을 수행하는 주체
- 프로세스는 1개 이상의 스레드를 가질 수 있다.
- cpu에서 실행되는 단위(unit of execution)
- Heap, Data, Code영역을 공유하고 별도의 Stack 영역을 가진다.
- 같은 프로세스의 스레들끼리 context-switching은 가볍다.
3. 멀티프로그래밍
cf.) 등장배경 : 단일 프로세스 시스템에서는 한 번에 하나의 프로그램만 실행할 수 있어서 cpu 사용률이 좋지 않았다. 그래서 여러 개의 프로그램을 메모리에 올려놓고 동시에 실행시키자는 멀티프로그래밍 아이디어가 나옴.
- 단일 프로세서 상에서 여러 프로그램을 메모리에 동시에 올려서 수행하는 것
- 프로세서가 IO 작업의 종료를 기다리는 동안 다른 프로그램을 수행할 수 있도록 하는 것
- CPU 사용률을 극대화 시킨다
- 단점: CPU 사용 시간이 길어지면 다른 프로세스는 계속 대기
4. 멀티태스킹
cf.) 등장배경 : 멀티프로그래밍의 단점을 보완하고자 프로세스(혹은 스레드)는 한 번 CPU를 사용할 때 아주 짧은 시간(=quantum)만 CPU에서 실행되도록 하자는 멀티태스킹 개념이 나옴.
- 멀티 태스킹은 시분할 시스템에서 사용되며, 사용자에게 다수의 작업이 동시에 처리되는 것처럼 느끼게 할 수 있다.
- 프로세스(혹은 스레드)의 응답 시간을 최소화시킨다
- 단점: 하나의 프로세스가 동시에 여러 작업 수행을 하지는 못한다.
3. 멀티 프로세싱
- 두 개 이상 다수의 프로세서(CPU)가 협력적으로 1개 이상의 작업(Task)을 동시에 처리하는 것
- 부모 프로세스가 fork()를 하여 자식 프로세스를 여러 개 만들어 작업을 처리한다.
- 프로세스간 메모리 공유는안되기 때문에, IPC를 이용해 소통한다.
- 하나의 프로세스에서 문제가 생겨도 다른 프로세스는 계속 진행할 수 있다.
- 단점: 컨텍스트 스위칭 비용이 높다
4. 멀티 스레딩
- 하나의 프로세스에 여러 스레드로 자원을 공유하며 작업을 나누어 수행하는 것.
- 단일 프로세스 내에서 여러 쓰레드로 나누어 동시에 실행
- 컨텍스트 스위칭 비용이 거의 없음
- 스택을 제외한 데이터,코드,힙 영역을 공유하기 때문에 공유하는데 편리함
- 단점
1. 스레드 하나가 프로세스 내 자원을 망쳐버린다면 모든 프로세스가 종료될 수 있다.
2. 자원을 공유하므로 동기화 문제가 발생한다.
Reference
끄적끄적