[Operating System] 프로세스와 스레드 ⭐️

프로세스 (Process)	스레드(Thread)
운영체제로부터 자원을 할당받은 작업의 단위	프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 흐름의 단위

 

• 운영체제 => 프로세스 => 스레드
• 프로세스는 기본적으로 메인 스레드 포함 최소 1개의 스레드를 가진다.

 

프로세스  Vs 스레드

 프로세스

프로세스는 각각 별도의 독립적인 주소공간을 할당받는다.

• Code : 코드 자체를 구성하는 메모리 영역(프로그램 명령)
• Data : 전역변수, 정적변수, 배열 등
  • 초기화 된 데이터는 data 영역에 저장
  • 초기화 되지 않은 데이터는 bss 영역에 저장
• Heap : 동적 할당 시 사용 (new(), malloc() 등)
• Stack : 지역변수, 매개변수, 리턴 값 (임시 메모리 영역)

 

스레드

스레드는 Stack만 따로 할당 받고, 나머지 영역은 서로 공유한다.

• 하나의 프로세스가 생성될 때, 기본적으로 하나의 스레드 같이 생성된다.

 

프로세스는 자신만의 고유 공간과 자원을 할당받아 사용하는데 반해, 스레드는 다른 스레드와 공간, 자원을 공유하면서 사용하는 차이가 있다.

 

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멀티프로세스

하나의 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 병렬적으로 작업을 수행하는 것

 

장점 : 안전성 (메모리 침범 문제를 OS 차원에서 해결)

단점 : 각각 독립된 메모리 영역을 갖고 있어, 작업량이 많을수록 오버헤드가 발생한다. Context Switching으로 인한 성능 저하

 

Context Switching이란?

프로세스의 상태 정보를 저장하고 복원하는 일련의 과정

즉, 동작 중인 프로세스가 대기하면서 해당 프로세스의 상태를 보관하고, 대기하고 있던 다음 순번의 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 프로세스 상태를 복구하는 과정을 말함

→ 프로세스는 각 독립된 메모리 영역을 할당받아 사용되므로, 캐시 메모리 초기화와 같은 무거운 작업이 진행되었을 때 오버헤드가 발생할 문제가 존재함

멀티 스레드

하나의 응용 프로그램에서 여러 스레드를 구성해 각 스레드가 하나의 작업을 처리하는 것
스레드들이 공유 메모리를 통해 다수의 작업을 동시에 처리하도록 해준다

 

장점 : 독립적인 프로세스에 비해 공유 메모리만큼의 시간, 자원 손실이 감소 전역 변수와 정적 변수에 대한 자료 공유 가능

단점 : 안전성 문제. 하나의 스레드가 데이터 공간 망가뜨리면, 모든 스레드가 작동 불능 상태 (공유 메모리를 갖기 때문)

• 멀티스레드의 안전성에 대한 단점은 Critical Section 기법을 통해 대비함 
• 상호 배제, 진행, 한정된 대기를 충족해야함
• 하나의 스레드가 공유 데이터 값을 변경하는 시점에 다른 스레드가 그 값을 읽으려할 때 발생하는 문제를 해결하기 위한 동기화 과정

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프로세스의 주소 공간

프로그램이 CPU에 의해 실행될 때 → 프로세스가 생성되고 메모리에 프로세스 주소 공간이 할당된다.

 

프로세스 주소 공간에는 코드, 데이터, 스택으로 이루어져 있다.

• 코드 Segment : 프로그램 소스 코드 저장
• 데이터 Segment : 전역 변수 저장
• 스택 Segment : 함수, 지역 변수 저장

 

왜 이렇게 구역을 나눈건가요?

최대한 데이터를 공유하여 메모리 사용량을 줄여야 한다.

Code는 같은 프로그램 자체에서는 모두 같은 내용이기 때문에 따로 관리하여 공유한다.

Stack과 data를 나눈 이유는, 스택 구조의 특성과 전역 변수의 활용성을 위한 것이다.

 

 

프로그램의 함수와 지역 변수는, LIFO(가장 나중에 들어간게 먼저 나옴)특성을 가진 스택에서 실행된다.

따라서 이 함수들 안에서 공통으로 사용하는 '전역 변수'는 따로 지정해주면 메모리를 아낄 수 있다.

 

 

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더 자세히 보는 참고자료

https://inpa.tistory.com/entry/%F0%9F%91%A9%E2%80%8D%F0%9F%92%BB-%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4-%E2%9A%94%EF%B8%8F-%EC%93%B0%EB%A0%88%EB%93%9C-%EC%B0%A8%EC%9D%B4

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