프로세스 vs 쓰레드

프로세스

• “컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램”

  • 프로그램: 어떤 작업을 위해 실행할 수 있는 파일
• 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스 (독립적인 개체)

• 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위

  • 할당 받는 시스템 자원의 예

    CPU 시간

    운영되기 위해 필요한 주소 공간

    Code, Data, Stack, Heap으로 구성되어 있는 독립된 메모리 영역

출처: Heee’s Development Blog

• 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역을 할당받는다

  • Code, Data, Stack, Heap의 구조
• 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드 (메인 스레드)를 가짐
• 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근할 수 없음

• 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신을 사용해야함

  • e.g. 파이프, 파일, 소켓 등을 이용한 통신

스레드

• 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위
• 프로세스의 특정한 수행 경로
• 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위
• 스레드는 프로세스 내에서 스택만 따로 할당받고 코드, 데이터, 힙 영역은 공유
• 프로세스 내의 주소 공간이나 자원(힙 공간 등…)은 같은 프로세스 내의 스레드끼리 공유하면서 실행됨
• 각각의 스레드는 별도의 레지스터, 스택 가짐. 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있다
• 스레드끼리는 서로의 메모리 접근 가능, 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근 불가능
• 한 스레드가 프로세스의 자원을 변경하면, 다른 이웃 스레드도 그 변경 결과를 즉시 볼 수 있음

멀티 프로세스

• 하나의 응용프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록

• 장점

  • 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제 발생 시 그 프로세스만 죽고 다른 것에 영향 X

• 단점

  • Context Switching (CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리) 과정에서 캐쉬 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모됨

    • 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역 할당 받음 ⇒ 프로세스 사이에서 공유하는 메모리 없음. Context Switching 발생 시 캐쉬에 있는 데이터 모두 리셋하고 다시 불러와야함
    • Context Switching : 동작 중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태를 보관하고, 대기 하고 있던 다음 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 프로세스의 상태를 복구하는 작업

  • 프로세스 사이의 어렵고 복잡한 통신 기법

    • 프로세스 사이의 변수 직접적 공유 불가

멀티 스레딩

• 하나의 응용프로그램을 여러 개의 스레드로 구성, 각 스레드로 하여금 하나의 작업을 처리하도록 하는 것
• 웹 서버 ⇒ 대표적인 멀티 스레드 응용 프로그램

• 장점

  • 시스템 자원 소모 감소 : 프로세스를 생성하여 자원을 할당받는 시스템 콜이 줄어듦

  • 시스템 처리량 증가 (처리 비용 감소)

    • 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모 줄어듦
    • 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching 이 빠르다
    • ⇒ 프로세스 간의 Context Switching시 단순히 CPU 레지스터 교체 뿐만 아니라 RAM과 CPU 사이의 캐쉬 메모리에 대한 데이터까지 초기화되므로 오버헤드가 큼

  • 간단한 통신 방법으로 프로그램 응답 시간 단축

    • 스레드끼리 프로세스 내의 stack영역을 제외한 모든 메모리 공유 ⇒ 통신 부담 적음

• 단점

  • 주의깊은 설계 필요
  • 디버깅 어려움
  • 단일 프로세스 시스템의 경우 효과 기대하기 어렵다
  • 다른 프로세스에서 스레드 제어 불가
  • 멀티 스레드의 경우 자원 공유의 문제