Process와 Thread 정리

안녕하세요. 오늘은 프로세스와 스레드에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 많은 분들이 실제로 프로세스와 스레드를 알고 계시면서도 막상 물어보면 대답하기 막막해하시는 경우도 많이 있고 저도 실제로 프로세스&스레드에 대해서 명확히 설명하기 힘들어 했던 경험이 있어 이번 기회에 한 번 간단히 개념적인 부분에 대해서 정리하고 넘어가려고 합니다. 이제 막 2년차에 접어드는 현업 개발자지만 요즘 느끼는 것은 새로운 기술들에 관심을 가지는 것도 중요하지만 개발을 함에 필요한 '기본적인 내용들과 지식을 좀 더 단단히 쌓아야 겠다'는 생각이 많이 들곤 합니다. 포스팅 시작하도록 하겠습니다. [ PROCESS ]  먼저 프로세스란 간단히 설명해서 실행중인 프로그램에 대한 인스턴스를 프로세스라고 합니다. 실제로 프로세스가 생성되게 되면 해당 프로세스는 운영체제로부터 주소공간, 파일, 메모리 등을 할당받게 됩니다. 그리고 메모리 공간은 CODE, DATA, HEAP, STACK영역으로 나뉘어지게 됩니다. 실제로 프로세스가 처리해야 될 일을 각각의 메모리 영역들 위에서 처리하게 되게 됩니다. 프로세스는 다음과 같은 독립된 메모리공간을 프로세스별로 가지게됩니다. (스레드 설명할 때 설명하겠지만 스레드는 STACK 부분만 독립적으로 가지게 됩니다.) 그렇기 때문에 특정 PROCESS가 다른 PROCESS 메모리에 직접 접근하기 힘듭니다. [ THREAD ]  스레드란 프로세스 안에서 동작되는 여러 실행의 흐름이라고 보시면 됩니다. 간단히 말해서 프로세스 내부에서 실제로 일을 하는 녀석들을 스레드라고 합니다. 우리 몸으로 치면 몸은 프로세스 손,발은 스레드 정도가 되지 않을까요?(단순한 제 생각) 기본적으로 하나의 프로세스가 생성되면 하나의 스레드가 같이 생성이됩니다. 이를 메인 스레드라고 부르며, 스레드를 추가로 생성하지 않는 한 모든 프로그램 코드는 메인 스레드에서 실행이 된다고 생각하시면 됩니다. 또한 프로세스는 메인 스레드 외에도 여러개의 스레드를 가질 수 있는데요. 이를 멀티스레드라고 합니다.  스레드의 경우에도 프로세스와 같이 메모리 공간을 할당 받게 되는데요. 프로세스가 각각의 독립적인 메모리 공간을 할당받는 반면에 스레드의 경우는 Stack영역만을 독립적으로 할당 받게 됩니다. 실제로 Code, Data, Heap영역은 프로세스의 공간을 공유받아 사용하게 됩니다. 이렇듯 프로세스 내에서 생겨나는 모든 스레드의 경우 Stack이외의 영역은 프로세스의 영역을 공유받아 사용하게 되고 이러한 이유로 인해 스레드간 Context Switching(아래에 간단히 설명)이 발생했을 경우 Stack 영역의 데이터들만 switching되면 되므로 프로세스 스위칭보다 훨씬 빠르게 진행이 됩니다. 스레드의 장점으로는 시스템의 Throughput(처리량)이 향상 되며, 자원 소모가 줄어들고 스레드간의 스위칭 시간이 줄어들면서 일을 처리할 때 응답 시간이 단축되는 점이 있습니다. 반면에 여러 개의 스레드를 사용할 때는 프로세스가 가지고 있는 메모리 영역의 자원 공유의 문제가 발생할 수 있고 디버깅이 힘들다는 점이 있습니다. 마지막으로 프로세스의 메모리 영역(Data, heap)을 공유함으로써 전역 변수와 동적 할당 딘 메모리 공간을 공유하게 되고 이를 통해 쓰레드간 통신이 쉽게 가능하게 됩니다. [ THREAD가 스택을 독립적으로 할당하는 이유 ]  스택은 함수 호출 시 전달되는 인자, 되돌아갈 주소 값 및 함수 내에서 선언하는 변수 등을 저장하기 위해 사용되는 메모리 공간입니다. 따라서 스택 메모리 공간이 독립적이라는 것은 독립적인 함수 호출이 가능하다는 것이고, 이는 독립적인 실행흐름을 가질 수 있다는 것입니다. 결과적으로 실행 흐름의 추가를 위한 최소 조건이 독립된 스택을 제공하는 것이라고 볼 수 있습니다. [ Context  Switching 이란? ]  프로세스를 이것저것 우선 순위에 따라 변경하기 위해서는 실제로 작업에 사용되는 프로세스 데이터를 레지스터와 메모리 사이를 왕복하며 값을 복사해야 합니다. 보통 cpu에 의해 프로세스가 일을 처리하게 되는데 스케줄링 방식에 따라 특정 프로세스가 일을 진행하고 있다가 다른 프로세스에게 cpu사용권을 넘겨주게 될 때 어디까지 작업을 했고 다음부터는 어디서부터 작업을 해야하는지에 대한 정보를 보관할 수 있는 곳이 필요하고 이러한 정보들을 프로세스에 맞게 변경해주고 처리하는 것을 말합니다. 실제로 CPU는 동시에 한 개씩만 스레드를 실행시킬 수 있는데 스레드가 여러개가 생성되게 되면 CPU는 각각의 스레드를 번갈아가며 실항하게 되는데, 이 때 이전 스레드의 문맥 정보(레지스터 값, 실행중인 스택 정보 등)을 백업받고 백업 받아놓았던 다음 스레드의 문맥정보를 로딩하는 과정을 거치게 됩니다. 이 과정을 Context Switchig이라고 합니다. 이러한 스레드가 많아질 수록 Context Switching에 많은 부하가 걸리기 때문(메모리와 레지스터 사이의 데이터 이동도I/O이다)에 잘 고려해서 사용해야 되겠습니다.   오늘 포스팅은 여기까지 하도록 하겠습니다. 잘못된 부분이나 설명이 부족한 부분은 댓글로 남겨주시면 참고하도록 하겠습니다. 감사합니다.