[운영체제] 프로세스와 스레드

프로그램이란 ?

• 어떤 작업을 위해 실행할 수 있는 파일로, 파일이 저장 장치에 저장되어 있지만 메모리에는 올라가 있지 않은 정적인 상태를 말한다.

 

프로세스란 ?

• 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램으로, 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스를 말한다.
• 프로세스는 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위이며 즉, 동적인 개념으로는 실행된 프로그램을 의미한다.

 

프로세스 특징

• 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다.
• 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다.
• 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근할 수 없다.
• 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신(IPC, inter-process communication)을 사용해야 한다.

 

스레드란 ?

• 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위로 프로세스의 특정한 수행 경로 입니다.
• 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위

 

스레드 특징

• 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
• 스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들(힙 공간 등)을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.
• 같은 프로세스 안에 있는 여러 스레드들은 같은 힙 공간을 공유한다. 반면에 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근할 수 없다.
• 각각의 스레드는 별도의 레지스터와 스택을 갖고 있지만, 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있다.
• 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 이웃 스레드(sibling thread)도 그 변경 결과를 즉시 볼 수 있다.

 

스레드를 쓰는 이유?

• 운영체제는 시스템 작업을 효율적으로 관리하기 위해 스레드를 이용한다.
• 즉, 멀티 프로세스로 실행되는 작업을 멀티 스레드로 실행하게 되면 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 과정도 줄어들 뿐더러 프로세스를 컨텍스트 스위칭(Context Switching)하는 것 보다 오버헤드를 더 줄일 수 있게 된다.
• 뿐만 아니라 프로세스간의 통신 비용보다 하나의 프로세스 내에서 여러 스레드간의 통신 비용이 훨씬 적으므로 작업들 간의 통신 부담을 줄일 수 있게 된다.

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💡 위에서 프로세스가 메모리에 올라갈 때 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는다고 언급했었다. 이 때 운영체제는 프로세스마다 각각 독립된 메모리 영역을, Code/Data/Stack/Heap의 형식으로 할당해 준다. 각각 독립된 메모리 영역을 할당해 주기 때문에 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료에 접근할 수 없다.

 

💡 이와 다르게 스레드는 메모리를 서로 공유할 수 있다고 언급했었다. 이에 대해 더 자세히 설명하자면, 프로세스가 할당받은 메모리 영역 내에서 Stack 형식으로 할당된 메모리 영역은 따로 할당받고, 나머지 Code/Data/Heap 형식으로 할당된 메모리 영역을 공유한다. 따라서 각각의 스레드는 별도의 스택을 가지고 있지만 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있게 된다.

 

💡 여기서 프로세스와 스레드의 중요한 차이를 하나 더 알 수 있게 된다. 만약 한 프로세스를 실행하다가 오류가 발생해서 프로세스가 강제로 종료된다면, 다른 프로세스에게 어떤 영향이 있을까? 공유하고 있는 파일을 손상시키는 경우가 아니라면 아무런 영향을 주지 않는다.

 

그런데 스레드의 경우는 다르다. 스레드는 Code/Data/Heap 메모리 영역의 내용을 공유하기 때문에 어떤 스레드 하나에서 오류가 발생한다면 같은 프로세스 내의 다른 스레드 모두가 강제로 종료된다.

 

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🌐 참고 링크

프로세스와 스레드의 차이

[OS] 프로세스와 스레드의 차이 - Heee's Development Blog

프로세스와 쓰레드의 차이