프로세스(Process)는 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적인 객체)다.
- 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위
- 할당받는 시스템 자원
- CPU 시간
- 운영되기 위해 필요한 주소 공간
- Code, Data, Stack, Heap의 구조로 되어있는 독립된 메모리 영역
- 할당받는 시스템 자원
- 메인 메모리에 적재
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프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 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.
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한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신(IPC, Inter Process Communication)을 사용해야 한다.
ex) 파이프, 파일, 소켓 등을 이용한 통신 방법 이용
스레드(Thread)는 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위다.
- 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위
- 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(Heap 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.
멀티 프로세스(Multi Process)는 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성해 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.
- 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 생기면 해당 자식 프로세스가 죽는 것 외에 다른 영향이 확산되지 않는다.
- 컨텍스트 스위칭(Context Switching) 과정에서 캐시 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 등 오버헤드가 발생한다.
- 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받아 변수를 공유할 수 없어 프로세스 사이 통신 기법(IPC)이 어렵고 복잡하다.
멀티 스레드(Multi Thread)는 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.
ex) 웹 서버
- 프로세스를 생성해 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
- 스레드 간 데이터를 교환이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들어 컨텍스트 스위칭이 빠르다.
- 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적어 프로그램 응답 시간이 단축된다.
- 주의 깊은 설계가 필요하다.
- 디버깅이 까다롭다.
- 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.
- 다른 프로세스에서 스레드를 제어(프로세스 밖에서 스레드 각각을 제어)할 수 없다.
- 멀티 스레드의 경우 자원 공유 문제가 발생한다. = 동기화 문제
- 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다.
멀티 프로세스 대신 멀티 스레드를 사용하는 이유는 여러 프로그램을 실행하는 것보다 하나의 프로그램 안에서 여러 작업을 해결하는 것이 자원을 효율적으로 관리할 수 있을 뿐 아니라 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축이 가능하기 때문이다.