프로그램(Program)
어떤 작업을 위해 실행될 수 있는 파일
프로세스(Process)
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컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램
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메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적인 개체)
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운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위
할당받는 시스템 자원의 예
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CPU 시간
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운영되기 위해 필요한 주소 공간
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Code, Data, Stack, Heap의 구조로 되어 있는 독립된 메모리 영역
특징
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프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)를 할당받는다.
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기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다.
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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.
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ex) 파이프, 파일, 소켓 등
스레드(Thread)
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프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위
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프로세스의 특정한 수행 경로
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프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위
특징
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스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고, Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
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스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들 (힙 공간 등)을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.
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같은 프로세스 안에 있는 여러 스레드들은 같은 힙 공간을 공유한다. 반면 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 접근할 수 없다.
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각각의 스레드는 별도의 레지스터와 스택을 갖고 있지만, 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있다.
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한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 아웃 스레드(sibiling thread)도 그 변경 결과를 즉시 볼 수 있다.
자바 스레드(Java Thread)
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일반 스레드와 거의 차이가 없으며, JVM이 운영체제의 역할을 한다.
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자바에는 프로세스가 존재하지 않고 스레드만 존재하며, 자바 스레드는JVM에 의해 스케줄되는 실행 단위 코드 블록이다.
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자바에서 스레드 스케줄링은 전적으로 JVM에 의해 이루어진다.
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스레드와 관련된 많은 정보들도 JVM이 관리한다.
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스레드가 몇 개 존재하는지
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스레드로 실행되는 프로그램 코드의 메모리 위치는 어디인지
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스레드의 상태는 무엇인지
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스레드 우선순위는 얼마인지
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즉, 개발자는 자바 스레드로 작동할 스레드 코드를 작성하고, 스레드 코드가 생명을 가지고 실행을 시작하도록 JVM에 요청하는 일을 하는 것이다.
멀티 프로세스와 멀티 스레드의 차이
멀티 프로세스
멀티 프로세싱이란
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하나의 응용 프로그램을 여러개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업(task)을 처리하도록 하는 것
장점
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여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 발생하면 그 자식 프로세스만 죽는 것 이상으로 다른 영향이 확산되지 않는다.
단점
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Context Switching에서의 오버헤드
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Context Switching 과정에서 캐시 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되며 오버헤드가 발생한다.
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프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 프로세스 사이에서 공유하는 메모리가 없어, Context Switching이 발생하면 캐시에 있는 모든 데이터를 모두 리셋하고 다시 캐시 정보를 불러와야 한다.
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프로세스 사이의 어렵고 복잡한 통신 기법(IPC)
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프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 하나의 프로그램에 속하는 프로세스들 사이의 변수를 공유할 수 없다.
Context Switching
멀티 스레드
멀티 스레딩이란
•
하나의 응용 프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드로 하여금 하나의 작업을 처리하도록 하는 것
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윈도우, 리눅스 등 많은 운영체제들이 멀티 프로세싱을 지원하지만 멀티 스레딩을 기본으로 하고 있다.
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웹 서버는 대표적인 멀티 스레드 응용 프로그램이다.
장점
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시스템 자원 소모 감소 (자원의 효율성 증대)
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프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
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시스템 처리량 증가 (처리 비용 감소)
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스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.
◦
스레드 사이의 작업량이 적어 Context Switching이 빠르다.
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간단한 통신 방법으로 인한 프로그램 응답 시간 단축
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스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기에 통신의 부담이 적다.
단점
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주의 깊은 설계가 필요하다.
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디버깅이 까다롭다.
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단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.
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다른 프로세스에서 스레드를 제어할 수 없다. (즉, 프로세스 밖에서 스레드 각각을 제어할 수 없다.)
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멀티 스레드의 경우 자원 공유의 문제가 발생한다. (동기화 문제)
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스레드 간의 자원 공유는 전역 변수(데이터 세그먼트)를 이용하므로 함께 사용할 때 충돌이 발생할 수 있다.
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하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다.
