프로세스와 쓰레드의 차이

Process와 Thread

프로세스(Process)

• 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램
• 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적인 개체)
• 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위
• 동적인 개념으로는 실행된 프로그램을 의미

쓰레드(Thread)

• 프로세스내에서 실행되는 여러 흐름의 단위
  
• 프로세스의 특정한 수행 경로
• 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위

Process와 Thread의 특징

프로세스는 실행될 때 운영체제로부터 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap)을 할당받습니다.  기본적으로 하나의 프로세스가 생성되면 하나의 쓰레드가 같이 생성됩니다. 이를 메인 쓰레드라고 부르며, 쓰레드를 추가로 생성하지 않는 한 모든 프로그램 코드는 메인 쓰레드에서 실행됩니다. 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료 구조에 접근할 수 없습니다. 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간 통신(IPC, inter-process communication)을 사용해야 합니다. 예를 들어 파이프, 파일, 소켓 등이 이에 해당합니다. 

 

쓰레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당 받고 Code, Data, Heap 영역은 공유합니다. 쓰레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들을 같은 프로세스 내에 쓰레드끼리 공유하면서 실행됩니다. 따라서 한 쓰레드가 프로세스 자원을 변경하면 다른 이웃 쓰레드도 그 변경 결과를 즉시 볼 수 있습니다.

multiProcess와 multiThread 차이

멀티 프로세스

• 멀티 프로세싱

  • 하나의 응용프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업(테스크)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 과정에서 캐쉬 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모 되는 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 Switching란?
  - 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

• 멀티 쓰레딩이란

  • 하나의 응용프로그램을 여러 개의 쓰레드로 구성하고 각 쓰레드로 하여금 하나의 작업을 처리 하도록 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 관리할 수 있다.

  • 시스템 처리량 증가(처리 비용 감소)

    • 프로세스 간의 통신보다 쓰레드 간 통신이 비용이 적으므로 통신 비용이 줄어들게 된다.
    • 쓰레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다.
    • 쓰레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 떄문에 통신의 부담이 적다.

• 단점

  • 주의 깊은 설계가 필요하다.

    • 미묘한 시간, 잘못된 변수 공유로 오류 발생 확률 증가

  • 디버깅이 까다롭다.

  • 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.

  • 멀티 쓰레드의 경우 자원 공유의 문제가 발생한다. (동기화 문제)

  • 하나의 쓰레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다.

멀티 프로세스 대신 멀티 쓰레드를 사용하는 이유?

쉽게 설명하면 프로그램을 여러 개 키는 것보다 하나의 프로그램 안에서 여러 작업을 해결하는 것이다.

 

• 자원의 효율성 증대

  • 멀티 프로세스로 실행되는 작업을 멀티 쓰레드로 실행할 경우 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.

    프로세스 간의 Context Switching시 단순히 CPU 레지스터 교체 분만 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 소모가 줄어들게 된다.

• 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축

  • 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 Switching 시 쓰레드는 Stack 영역만 처리하기 때문

• 주의할 점!

  • 동기화 문제
  • 쓰레드 간의 자원 공유는 전역 변수(데이터 세그먼트)를 이용하므로 함께 상용할 때 충돌이 발생할 수 있다.

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