프로세스(Process) 와 스레드 (Thread) 는 컴퓨터에서 동시에 실행되는 작업 단위를 나타낸다 그러나 두 개의 개념은 다음과 같은 차이점이 있다
프로세스란? (Process)
- 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램
- 프로세스는 독립적인 메모리 영역을 할당받아 실행된다
- 프로세스당 최소 1개 이상의 스레드를 가질 수 있다
- 프로세스 간에는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근할 수 없다
- 프로세스 간에는 메모리 등의 자원을 공유하기 위해 IPC(Inter-Process Communication) 기법을 사용
IPC(Inter-Process Communication)
프로세스 간에 데이터를 전송하거나 서로 통신하는 기술(크게 두 가지로 나뉨)
여러 프로세스가 서로 협력하여 작업하는 분산 시스템에서 필수적이다
예를 들어 웹 서버 요청을 처리하는 프로세스와 데이터베이스에서 쿼리 수행하는 프로세스가 서로 통신 해야하는 경우에 IPC기법을 사용한다
● 공유 메모리 사용
여러 프로세스가 같은 물리적인 메모리 공간을 공유하여 데이터를 주고받는 방식이다 이 방법은 데이터를 복사하지 않아 처리는 빠르지만 동기화 문제가 발생할 수 있다
● 메세지 전달 방식
프로세스 간에 데이터를 주고 받을때 메세지를 전송하는 방식
이 방식은 동기화 문제가 없어 안전하게 데이터를 전송하지만
파이프, 소켓, RPC 등 기술을 써야한다
프로세스가 할당받는 시스템 자원
Code, Data, Stack, Heap
● Code:프로세스의 실행 코드를 저장하는 메모리 영역
실행 코드는 CPU에서 직접 실행되며 읽기 전용으로 할당된다
● Data: 전역 변수와 정적 변수 등의 데이터를 저장하는 메모리 영역 프로세스가 실행되면 데이터 영역에 초기값이 할당되며 프로그램 실행중 변경될 수 있다
● Stack: 함수 호출시 전달되는 인자와 로컬 변수 등을 저장하는 메모리 영역 함수 호출이 끝나면 해당 함수에서 사용한 메모리가 자동으로 반환된다
● Heap: 동적으로 할당되는 메모리 영역 프로그램 실행 중에 필요한 만큼 메모리를 할당하고 해제할 수 있다
스레드란? (Thread)
- 스레드는 프로세스 내에서 실행되는 작업의 실행 단위
- 프로세스가 할당 받은 자원을 공유해서 사용 (서로 상호작용이 필요한 경우에 더욱 효율적)
- 하나의 프로세스는 여러 개의 스레드를 가질 수 있다
- 스레드 간에는 프로세스의 메모리를 직접 접근할 수 있습니다.
- 각각의 프로세스는 독립적으로 실행되기 때문에 하나의 프로세스가 충돌하더라도 다른 프로세스에는 영향을 미치지 않지만 반면에 스레드는 프로세스 내에서 실행되므로 하나의 스레드에서 발생한 오류나 충돌은 다른 스레드에도 영향을 미칠 수 있다
6.스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유 한다
멀티 프러세스와 멀티 스레드의 차이
멀티 프로세싱이란
하나의 응용프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업(태스크)을 처리하도록 하는 것이다
장점
● 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 발생하면 그 자식 프로세스만 죽는 것 이상으로 다른 영향이 확산되지 않는다
단점
● Context Switching 과정에서 캐시 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 등의 오버헤드가 발생한다
● 프로세스는 각각의 독립적인 메모리 영역을 할당 받았기 때문에 프로세스 사이에서 공유하는 메모리가 없어 Context Switching가 발생하면 캐시에 있는 모든 데이터를 모두 리셋하고 다시 캐시 정보를 불러와야한다
참고 Context Switching란?
CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는데 이 과정을 칭한다
구체적으론 동작중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태(Context) 를 보관하고 대기하고 있던 다음 순서의 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 프로세스의 상태를 복구하는 작업이다
멀티 스레딩이란
하나의 응용 프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드로 하여금 하나의 작업을 처리 하도록 하는 것이다
장점
● 시스템 자원 소모 감소 (자원의 효율성 증대)
프러세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율 적으로 관리할 수 있다
● 시스템 처리량 증가 (처리 비용 감소)
스레드 간에 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다
스레드 사이에 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다
● 간단한 통신 방법으로 인한 프로그램 응답 시간 단축
스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적다
단점
● 주의 깊은 설계가 필요하다
● 디버깅이 까다롭다
● 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다
● 다른 프로세스에서 스레드를 제어할 수 없다(즉 프로세스 밖에서 스레드 각각을 제어할 수 없다)
● 멀티 스레드의 경우 자원 공유의 문제가 발생한다 (동기화 문제)
● 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다
멀티 프로세스 대신 멀티 스레드를 사용하는 이유?
멀티 프로세스 대신 멀티 스레드를 사용한느 것의 의미는
쉽게 말해 프로그램을 여러 개 키는 것보다 하나의 프로그램 안에서 작업을 해결 하는 것이다
여러 프로세스 (멀티 프로세스)로 할 수 있는 작업들을 하나의 프로세스에서 여러 스레드로 나눠 가면서 하는 이유는?
- 자원의 효율성 증대
● 멀티 프로세스로 실행되는 작업을 멀티 스레드로 실행할 경우 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다
● 스레드는 프로세스 냐의 메모리를 공유하기 때문에 독립적인 프로세스와 달리 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다
- 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축
● 프로새스 간 통신(IPC) 보다 스레드 간의 통신 비용이 적으므로 작업들 간 통신의 부담이 줄어든다
스레드는 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문이다
● 프로세스 간 전환 속도보다 스레드 간의 전환 속도가 빠르다
Context Switching시 스레드는 Stack 영역만 처리하기 때문
주의할 점
● 동기화 문제
● 스레드 간의 자원 공유는 전역 변수(데이터 세그먼트) 를 이용하므로 함께 상용할 때 충돌이 발생할 수 있다
