Goal
- Process 가 무엇인지 설명할 수 있다.
- Thread 가 무엇인지 설명할 수 있다.
- Multi-Process 와 Multi-Thread 의 차이점을 설명할 수 있다.
- CPU 의 Context Switching 의 개념을 설명할 수 있다.
프로그램(Program)과 프로세스(Process)
프로그램파일이 로드되어 프로세스가 되는 과정
프로그램은 실행 가능한 파일로, 컴퓨터가 실행할 수 있는 명령어들의 집합입니다. 여기서 명령어들의 집합은 프로그래밍 언어로 작성된 소스 코드는 컴파일러나 인터프리터를 통해 목적코드(Object Code)로 변환되어 이진 코드(Binary Code) 형태로 컴퓨터가 이해할 수 있는 명령어들의 집합입니다.
프로세스는 실행 중인 프로그램의 인스턴스로, 운영체제에 의해 생성되고 관리됩니다. 프로세스는 실행 중인 프로그램의 Code, Data, Heap, Stack 등의 상태를 포함하며, 운영체제가 할당한 시스템 자원을 사용합니다. 또한 해당 프로세스에 대한 정보를 담고 있는 PCB(Process Control Block)이 함께 생성됩니다.
프로세스(Process)의 동시성(Concurrency)
일반적으로 컴퓨터를 사용하게되면 동시에 여러개의 프로그램을 실행시켜 사용하는 경우 즉, 멀티태스킹(Multitasking) 작업이 빈번합니다. CPU 여러개의 프로그램을 동시에 작업이 진행되는 것 처럼 동작할 수 있도록 컨텍스트 스위칭(Context Switching) 작업을 반복하게 됩니다.
컨텍스트 스위칭(Context Switching)
만약, Browser 와 IDE 프로그램을 동시에 실행시킨다고 할 경우 각, 프로세스는 운영체제의 프로세스 스케줄링(Process Scheduling) 의해서 시분할로 프로세스의 실행상태가 관리됩니다. 먼저 Browser 가 실행상태일 경우 PCB 가 CPU 에 의해서 처리되고 IDE 의 실행상태는 준비 상태가 됩니다. 그리고 Browser 가 준비상태가 된다면 현재 상태를 저장 후 IDE 는 실행상태가 되고 PCB 가 CPU 에 의해 처리됩니다. 이러한 작업을 컨텍스트 스위칭이라고 합니다.
스레드(Thread)
스레드는 프로세스 내에서 실행되는 작은 실행 단위입니다. 프로세스는 하나 이상의 스레드를 가질 수 있으며, 이러한 스레드는 부모 프로세스의 Code, Data, Heap 자원을 공유하며 Stack 은 각, 스레드마다 고유하게 가지게 됩니다. 이러한 스레드의 자원 공유는 컨텍스트 스위칭이 일어날 때 캐싱 적중률이 올라도록 합니다. 즉, 스레드는 하나의 프로세스 내에서 서로 다른 실행 경로를 가질 수 있도록 해주는 개념입니다.
멀티 프로세스와 멀티 스레드
멀티 프로세스와 멀티 스레드는 모두 하나의 어플리케이션에 대한 처리방식의 일종입니다. 여기서 주의해야 하는 개념은 단순히 여러개의 프로그램을 구동시켜 멀티 프로세스가 동작하고 있다고 생각하면 멀티 스레드란 개념과 비교하기 어렵습니다. 때문에 한 어플리케이션 내에서 다른 처리방식으로 두 가지의 개념을 설명합니다.
멀티 프로세스의 사례
많은 사람들이 사용하고 있는 Chrome 브라우저에 대해서 예를들 수 있다. Chrome 브라우저는 멀티프로세스 아키텍처를 사용한 좋은 예로 각, 브라우저 탭은 부모 프로세스를 fork() 하여 별도의 프로세스로 실행되며 이는 안정성과 보안을 높이는데 도움이 됩니다. 하나의 탭에서 문제가 발생하더라도 전체 브라우저가 충돌하는 것을 방지할 수 있으며 탭간의 서로 영향을 미치지 않도록 분리된 메모리 공간을 사용합니다.
단점
- 멀티프로세스 아키텍처 때문에별도의 프로세스로 실행되어 메모리 사용량이 증가합니다.
- IPC 를 사용한 통신
- Context Switching 비용이 크다.
멀티 스레드의 사례
멀티 스레드의 사례는 너무 많은 어플리케이션으로 예로들 수 있다. 예로 설명드리는 어플리케이션은 사용자의 요청을 받아 처리도 하며 스케쥴러가 동작하여 처리하는 일이 있다고 했을때 스케쥴러는 별도의 스레드로 무언가 처리를 해야하는 하나의 실행 단위로 별도로 동작하게 되고 다른 스레드는 사용자의 요청을 처리를 할 수 있다. 즉, 하나의 어플리케이션 내에서 작업의 단위가 나뉘어질 때 스레드가 병렬로 동시에 실행하는 예로 설명할 수 있다.
단점
- 공유 자원에 대한 관리를 해야한다.
멀티 코어(Multi Core)
멀티 프로세스와 멀티 스레드는 소프트웨어적 동시성 작업을 위한 처리방식의 일종이다. 멀티 코어는 물리적 동시성 및 병렬성 작업을 위한 처리방식으로 여러 개의 코어(= Multi Processer, 멀티 프로세서)를 하나의 프로세서 칩(CPU)에 통합하여 각, 코어가 동시에 작업을 처리할 수 있도록 합니다. 이를 통해 하나의 컴퓨터 시스템 내에서 여러 개의 프로세스 또는 스레드를 병렬적(Parallelism)으로 실행할 수 있습니다.