프로세스 vs 쓰레드

프로세스와 쓰레드의 사전적 정의는 아래와 같다.

 

프로세스 : 컴퓨터 안에서 실행중인 프로그램. 컴퓨터 분야에선 '실행 중인 프로그램'이란 뜻으로 쓰인다.
쓰레드 : 프로세스 안에서 실행되는 흐름의 단위. 최소 하나의 쓰레드가 존재함

 

그럼 프로그램이란 뭘까?

 

컴퓨터를 실행시키기 위해 차례대로 작성된 명령어 모음. 프로그래머가 처리 순서를 결정하고 프로그래밍 언어로 기술함

 

위의 뜻대로라면 프로세스는 '컴퓨터 안에서 실행 중인 프로그래밍 언어로 쓰여진 명령어 모음'이라고 해석할 수도 있다. 쓰레드는 '명령어 모음 안에서 실행되는 흐름의 단위'라고 볼 수도 있을 것이다.

이게 맞는지 다른 글들을 확인해봤다.

 

https://velog.io/@raejoonee/%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4%EC%99%80-%EC%8A%A4%EB%A0%88%EB%93%9C%EC%9D%98-%EC%B0%A8%EC%9D%B4

프로세스와 스레드의 차이

프로세스 : 운영체제한테 자원을 할당받은 작업의 단위
쓰레드 : 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 흐름의 단위
프로그램 : 파일이 저장 장치에 저장돼 있지만 메모리에 올라가 있지 않은 정적인 상태
- 메모리에 올라가 있지 않은 : 아직 OS가 프로그램에게 독립적인 메모리 공간을 할당하지 않았다는 뜻. 모든 프로그램은 OS가 실행되기 위한 메모리 공간을 할당해줘야 실행될 수 있다.
- 정적인 상태 : 움직이지 않는 상태. 즉 아직 실행되지 않고 가만히 있는 상태

프로그램이란 단어는 아직 실행되지 않은 파일 그 자체를 가리키는 말이다. 그냥 코드 덩어리다. 프로그램을 실행하는 순간 해당 파일은 컴퓨터 메모리에 올라가게 되고 이 상태를 동적인 상태라고 하며, 이 상태의 프로그램을 프로세스라고 한다. 위키피디아는 프로세스의 정의를 '실행되고 있는 컴퓨터 프로그램'이라고 내리고 있으며 스케줄링 단계에서의 '작업'과 같은 단어라 봐도 무방하다고 하고 있다. 실제로 프로세스란 단어가 작업 중인 프로그램을 의미하는 단어기 때문이다.
-> 프로그램은 코드 덩어리 파일이며 그 프로그램을 실행한 게 프로세스다.

과거엔 프로그램을 실행할 때 시작부터 끝까지 프로세스 하나만 써서 진행했다고 한다. 하지만 시간이 흐를수록 프로그램이 복잡해지고 프로세스 하나만을 사용해서 프로그램을 실행하기엔 벅차게 됐다. 실제로 이젠 프로그램 하나가 한 가지 작업만 하는 경우는 없다. OS는 안전성을 위해 프로세스마다 자신에게 할당된 메모리 안의 정보에만 접근할 수 있게 제약을 뒀고 이를 벗어나는 정보에 접근하려면 오류가 발생한다. 그래서 프로세스와 다른 더 작은 실행 단위 개념이 필요해졌고, 쓰레드가 만들어졌다.

쓰레드는 프로세스와 다르게 쓰레드 간 메모리를 공유하며 작동한다. 쓰레드끼리 프로세스 자원을 공유하면서 프로세스 실행 흐름의 일부가 되는 것이다

OS는 프로세스마다 각각 독립된 영역을 Code, Data, Stack, Heap 형식으로 할당해준다. 그렇기 때문에 프로세스는 다른 프로세스의 변수, 자료에 접근할 수 없다.
쓰레드는 메모리를 서로 공유하는 특징이 있는데, 프로세스가 할당받은 영역 안에서 Stack 형식으로 할당된 메모리 영역은 따로 할당받고 나머지 Code, Data, Heap 형식으로 할당된 메모리 영역을 공유한다. 따라서 쓰레드들은 각각 별도의 스택을 갖고 있지만 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있게 된다.

한 프로세스를 실행하다가 오류가 발생해 프로세스가 강제종료된다면, 공유하고 있는 파일을 손상시키는 게 아니라면 다른 프로세스에게 아무런 영향도 주지 않는다. 반면 쓰레드는 Code, Data, Heap 메모리 영역을 공유하기 때문에 어떤 쓰레드에서 오류가 발생하면 그 프로세스 안의 다른 쓰레드 모두가 강제종료된다.

쓰레드는 CPU 입장에서의 최소 작업 단위다. CPU는 작업을 처리할 때 쓰레드를 최소 단위로 작업한다. 반면 OS는 작은 단위까지 직접 작업하지 않기 때문에 OS 관점에서는 프로세스가 최소 작업 단위가 된다.

 

https://charlezz.medium.com/process%EC%99%80-thread-%EC%9D%B4%EC%95%BC%EA%B8%B0-5b96d0d43e37

Process와 Thread 이야기

프로그램 : 어떤 작업을 하기 위해 실행할 수 있는 파일 또는 프로그램
프로세스 : 메모리에 적재되고 CPU 자원을 할당받아 프로그램이 실행되고 있는 상태

 

프로세스는 프로그램이 CPU한테 메모리를 할당받아서 실행되고 있는 프로그램을 말하는 것이고, 쓰레드는 프로세스가 자신이 받은 자원을 사용할 때 실행되는 흐름의 단위를 말한다.

이 프로세스와 쓰레드가 하나 이상 실행될 때 각각 멀티 프로세스(프로세싱), 멀티 쓰레드라고 한다.

 

멀티 프로세싱은 하나의 응용 프로그램을 여러 프로세스로 구성하고 각 프로세스가 협력해서 하나의 작업(Task)을 처리하게 하는 것이다. 멀티 쓰레드도 똑같은 의미다.

그런데 이렇게 하면 무슨 장점이 있을까? 그냥 아무 생각 없이 프로세스를 몇 개로 나눠서 처리하게 하자고 제시하진 않았을 것이다.

멀티 프로세스, 멀티 쓰레드의 장단점을 정리하면 아래와 같다.

 

종류	장점	단점
멀티 프로세스	한 프로세스가 죽어도 다른 프로세스에게 영향을 주지 않음	각각 독립된 메모리 영역을 갖고 있어 작업량이 많을수록 오버헤드가 발생하고, Context Switching으로 인한 성능 저하 유발
멀티 쓰레드	프로세스의 응답시간이 단축되고 시스템 처리율 향상됨. 코드 영역과 데이터 영역을 공유하기 때문에 자원 소모가 적음	프로그램 디버깅이 어렵고 한 쓰레드에 문제가 생기면 전체 프로세스에 영향을 준다

 

컨텍스트 스위칭이란 생소한 말이 나오는데 위키백과에선 아래와 같이 정의내리고 있다.

 

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AC%B8%EB%A7%A5_%EA%B5%90%ED%99%98

문맥 교환 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

문맥 교환(context switching)이란 한 프로세스가 CPU를 사용 중인 상태에서 다른 프로세스가 CPU를 사용하도록 하기 위해, 이전 프로세스의 상태(문맥)를 보관하고 새 프로세스의 상태를 적재하는 작업을 말한다. 한 프로세스의 문맥은 그 프로세스의 프로세스 제어 블록(PCB)에 기록돼 있다.
문맥을 교환하는 동안엔 유용한 작업을 수행할 수 없기 때문에, 문맥 교환 시간은 일종의 오버헤드라 할 수 있다. CISC와 RISC는 각각 장단점이 있는데, 문맥 교환 측면에서 보면 RISC는 레지스터 용량이 CISC보다 상대적으로 커서 좀 더 큰 오버헤드가 발생한다.

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Context_switch

Context switch - Wikipedia

문맥 교환은 프로세스 또는 쓰레드의 상태를 저장해 나중에 복원하고 실행을 재개할 수 있도록 하는 프로세스다. 이를 통해 여러 프로세스가 단일 CPU를 공유할 수 있으며 멀티태스킹 OS의 필수 기능이다.
멀티태스킹 컨텍스트에서 문맥 교환은 한 작업에 대한 시스템 상태를 저장해 작업을 일시 중지하고 다른 작업을 재개할 수 있도록 하는 프로세스를 말한다. 문맥 교환은 작업이 디스크 스토리지에 접근해야 하는 경우 같이 인터럽트의 결과로 발생할 수도 있으며 다른 작업을 위해 CPU 시간을 확보할 수 있다. 일부 OS에선 사용자 모드와 커널 모드 작업 사이를 이동하기 위해 문맥 교환이 필요하다. 문맥 교환 프로세스는 시스템 성능에 안 좋은 영향을 줄 수 있다.
문맥 교환은 일반적으로 계산 집약적이며 OS 설계의 대부분은 컨텍스트 스위치 사용을 최적화하는 것이다

 

OS에서 컨텍스트란 CPU가 프로세스를 실행할 때 필요한 해당 프로세스의 정보들(프로세스 상태-생성/준비/수행/대기/중지, 프로그램 카운터-프로세스가 다음에 실행할 명령어 주소, 레지스터, 프로세스 번호)이다. 이 컨텍스트는 위에서 말한 대로 PCB에 저장되며 컨텍스트 스위칭 발생 시 PCB의 정보를 읽어 CPU가 이전 프로세스가 하던 일을 이어서 수행할 수 있는 것이다.