프로세스와 쓰레드의 차이
Process와 Thread
- 프로그램
- 프로세스
- 쓰레드
- 자바 쓰레드
- 멀티 쓰레드
- 멀티 프로세스와 멀티 쓰레드 차이
- 멀티 프로세스 대신 멀티 쓰레드를 사용하는 이유
프로그램(Program)
어떤 작업을 목적으로 가진 실행할 수 있는 파일
프로세스(Process)
컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램
메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적)
운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위
즉, 동적인 개념으로는 실행된 프로그램을 의미
할당받는 시스템 자원
- CPU 시간
- 운영되기 위해 필요한 주소 공간
- Code, Data, Stack, Heap의 구조로 되어 있는 독립된 메모리 영역
특징
- 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당
- 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 보유
- 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근 불가
- 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신(IPC, inter-process communication)을 사용
쓰레드(Thread)
프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위 프로세스의 특정한 수행 경로 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위
특징
- 쓰레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap를 공유
- 쓰레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름
- 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들(힙 공간 등)을 같은 프로세스 내 쓰레드끼리 공유
- 같은 프로세스 안에 있는 여러 쓰레드들은 같은 힙 공간을 공유
- 반면 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근 불가능
- 각각의 쓰레드는 별도의 레지스터와 스택을 갖고 있지만, 힙 메모리는 서로 공유
- 한 쓰레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 이웃 쓰레드(sibling thread)도 그 변경 결과를 즉시 반영
자바 쓰레드(Java Thread)
- 일반 쓰레드와 거의 차이가 없으며, JVM가 운영체제의 역할
- 자바에는 프로세스가 존재하지 않고 쓰레드만 존재
- 자바 쓰레드는 JVM에 의해 스케줄되는 실행 단위 코드 블록
- 자바에서 쓰레드 스케줄링은 전적으로 JVM에 의해 실행
- 아래와 같은 쓰레드와 관련된 많은 정보들도 JVM이 관리
- 쓰레드가 몇 개 존재하는지
- 쓰레드로 실행되는 프로그램 코드의 메모리 위치는 어디인지
- 쓰레드의 상태는 무엇인지
- 쓰레드 우선순위는 얼마인지
- 즉, 개발자는 자바 쓰레드로 작동할 쓰레드 코드를 작성하고, 쓰레드 코드가 생명을 가지고 실행을 시작하도록 JVM에 요청
멀티 프로세스와 멀티 쓰레드의 차이
멀티 프로세스
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 Switching에서의 오버헤드
- Context Switching 캐쉬 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 등의 오버헤드가 발생하게 된다.
- 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 프로세스 사이에서 공유하는 메모리가 없어, Context Switching가 발생하면 캐쉬에 있는 모든 데이터를 모두 리셋하고 다시 캐쉬 정보를 불러와야 한다.
- 프로세스 사이의 어렵고 복잡한 통신 기법(IPC)
- 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 하나의 프로그램에 속하는 프로세스들 사이의 변수를 공유할 수 없다.
Context Switching
CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는 데 이 과정을 Context Switching라 한다. 구체적으로, 동작 중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태(Context)를 보관하고, 대기하고 있던 다음 순서의 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 프로세스의 상태를 복구하는 작업을 말한다.
멀티 쓰레드
하나의 응용프로그램을 여러 개의 쓰레드로 구성하고 각 쓰레드로 하여금 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.
- 윈도우, 리눅스 등 많은 운영체제들이 멀티 프로세싱을 지원하고 있지만 멀티 쓰레딩을 기본으로 하고 있다.
- 웹 서버는 대표적인 멀티 쓰레드 응용 프로그램이다.
장점
- 시스템 자원 소모 감소 (자원의 효율성 증대)
- 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리
- 시스템 처리량 증가 (처리 비용 감소)
- 쓰레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모 감소
- 쓰레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 유리
- 간단한 통신 방법으로 인한 프로그램 응답 시간 단축
- 쓰레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적다.
단점
- 주의 깊은 설계가 필요
- 까다로운 디버깅
- 단일 프로세스 시스템의 경우 효과 없음
- 다른 프로세스에서 쓰레드를 제어 불가능(프로세스 밖에서는 각각의 쓰레드 제어 불가)
- 멀티 쓰레드의 경우 자원 공유 문제 발생(동기화 문제)
- 하나의 쓰레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스에 영향
멀티 프로세스 대신 멀티 쓰레드를 사용하는 이유
- 자원의 효율성 증대 : 멀티 프로세스로 실행되는 작업을 멀티 쓰레드로 실행할 경우, 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리 가능
- 프로세스 간의 Context Switching시 단순히 CPU 레지스터 교체 뿐만 아니라 RAM과 CPU 사이의 캐쉬 메모리에 대한 데이터까지 초기화되므로 오버헤드가 크기 때문
- 쓰레드는 프로세스 내의 메모리를 공유하기 때문에 독립적인 프로세스와 달리 쓰레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모 감소
- 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축
- 또한 프로세스 간의 통신(IPC)보다 쓰레드 간의 통신의 비용이 적으므로 작업들 간의 통신의 부담이 줄어든다.
- 쓰레드는 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문
- 프로세스 간의 전환 속도보다 쓰레드 간의 전환 속도가 빠르다.
- Context Switching시 쓰레드는 Stack 영역만 처리하기 때문
주의할 점
쓰레드 간의 자원 공유는 전역 변수를 이용하므로 동기화 문제로 충돌이 발생할 수 있다.
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