✅ Thread(스레드)
Light Weight Process 라고 부르기도 합니다.
작은 범위에서 스레드(thread)는 프로세스 내에서 실행되는 작업 흐름의 단위를 말합니다.
더 확장되어 CPU에서 실행되는 단위이다.
✏️ 스레드의 특징
- 프로세스는 두 개 이상의 스레드를 가질 수 있습니다.
- 병렬적으로 작업을 처리할 수 있습니다.
- 같은 프로세스에 있는 스레드들끼리 컨텍스트 스위칭이 가볍다.
- 스레드는 위 사진처럼 data 등을 공유하고 있고 stack, register block 영역만 나눠져있기 때문에 그 부분만을 CPU 레지스터에 교체해주면 된다. 그러므로 프로세스 간의 컨텍스트 스위칭보다 비용이 훨씬 적다.
- 스레드간 데이터 통신이 쉽다.
- 위 사진처럼 스레드들은 자신들이 속한 프로세스의 메모리 영역 (data, code 영역 등)을 공유하고 있기 때문에 통신할 데이터를 이 공유 영역에 올리기만 하면 된다. 프로세스처럼 IPC같은 특별한 기법이 필요하지 않다.
1️⃣ 프로세스와 스레드의 차이점
프로세스
- 프로세스는 각 프로세스의 데이터 접근이 불가합니다.
스레드
- 하나의 프로세스에 여러개의 스레드를 생성 가능합니다.
- 스레드들은 동시에 실행이 가능합니다.
- 프로세스 안에 있기 때문에 프로세스의 데이터를 모두 접근이 가능합니다.
2️⃣ Multi Thread (멀티 스레드)
소프트웨어 병행 작업 처리를 위해 멀티 스레드를 사용합니다.
멀티 스레드를 사용하는 이유
1. 멀티 스레드는 각 스레드가 프로세스의 메모리를 공유하므로, 시스템 자원의 낭비가 적습니다.
2. 하나의 스레드가 작업을 할 때 다른 스레드가 별도의 작업을 할 수 있어 사용자와의 응답성도 좋아집니다.
3️⃣ Thread 장점
- 사용자에 대한 응답성 향상
- 프로세스가 여러 스레드로 분할된 경우 일부 스레드의 처리가 지연되어도, 다른 스레드는 작업을 계속 처리가 가능합니다.
- 자원 공유 효율
- 프로세스 자원 공유를 위해 IPC기법과 같이 번거러운 작업이 필요 없습니다.
- 프로세스 안에 있기 때문에 프로세스의 데이터를 모두 접근할 수 있습니다.
- 다중 처리로 성능 향상
- 단일 프로세스에 다중 스레드가 있는 경우 다중 프로세서에서 다중 스레드를 예약할 수 있습니다.
3️⃣ Thread 단점
- 전체 영향
- 스레드 중 한 스레드만 문제가 있어도, 전체 프로세스가 영향을 받습니다.
- 성능 저하
- 스레드를 많이 생성할 경우, 모든 스레드를 스케줄링해야 하기 때문에 콘텍스트 스위칭이 빈번하게
일어나기 때문에 성능이 저하됩니다.
- 스레드를 많이 생성할 경우, 모든 스레드를 스케줄링해야 하기 때문에 콘텍스트 스위칭이 빈번하게
- 동기화 이슈
- 동기화 코드를 적절히 추가해줘야 동기화 이슈가 일어나지 않습니다.
✅ 동기화
작업들 사이에 실행 시기를 맞추는 것을 동기화라고 부릅니다.
1️⃣ 동기화 이슈란?
여러 스레드가 동일한 데이터에 접근 시 동기화 이슈가 발생합니다.
동일 자원을 여러 스레드가 동시 수정 시 각 스레드 결과에 영향을 줍니다.
2️⃣ 동기화 이슈 해결 방안
- Mutual exclusion(상호 배제)
- 여러 스레드가 변경하는 공유 변수에 대해 Exclusive Acces가 필요합니다.
- 어느 한 스레드가 공유 변수를 갱신하는 동안 다른 스레드가 동시 접근을 하지 못하도록 막습니다.
3️⃣ Locking Mechanism 의 종류
- Mutex(binary Semaphore) : 임계 구역에 스레드 하나만 들어갈 수 있습니다.
- Semaphore : 임계 구역에 여러 스레드가 들어갈 수 있습니다. - counter를 두어 허용 가능한 스레드 수를 제어해야 합니다.
✅ Deadlock과 Starvation
✏️ Deadlock 이란?
무한 대기 상태를 뜻합니다.
두 개 이상의 작업이 서로 상대방의 작업이 끝나기를 기다리고 있기 때문에 다음 단계로 진행하지 못합니다.
Deadlock 상태는 여러 프로세스가 동일 자원 점유를 요청할 때 발생합니다.
✏️ Starvation 이란?
특정 프로세스의 우선 순위가 낮아 원하는 자원을 계속 할당 받지 못하는 상태를 뜻합니다.
Starvation 상태는 여러 프로세스가 부족한 자원을 점유하기 위해 경쟁할 때 발생합니다.
❗️ Starvation상태 해결 방안
- 우선 순위 변경하기
- 프로세스의 우선순위를 수시로 변경하여 각 프로세스가 높은 우선순위를 가질 기회를 줍니다.
- 오래 기다린 프로세스의 우선 순위를 높여줍니다.
- 요청 순서대로 처리하는 FIFO 기반의 요청 큐를 사용합니다.
💡 총 정리
- Thread 개념
- 프로세스와 다르게 스레드 간 공유가 가능합니다.
- 스레드의 장점
- 성능 개선이 가능합니다.
- 응답성이 향상 됩니다.
- 자원 공유 효율이 높아집니다.(ICP기법을 사용하지 않기 때문)
- 스레드의 단점
- 하나의 스레드 문제로 프로세스 전체에 영향을 미칩니다.
- 동기화 이슈가 있습니다.
- 동기화
- 작업들 사이에 실행 시기를 맞추는 것을 동기화라고 부릅니다.
- Deadlock
- 무한 대기 상태를 뜻합니다.
- Starvation
- 자원을 계속 할당 받지 못하는 상태를 뜻합니다.
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