클라이밍하는 개발자

Chapter10. 프로세스와 스레드

학습목표

• 프로세스 제어 블록이란 무엇인지 이해합니다
• 문맥 교환의 정의와 과정을 학습합니다
• 프로세스는 메모리에 어떻게 배치되는지 학습합니다
• 프로세스 상태와 프로세스 계층 구조를 학습합니다
• 스레드의 개념을 이해하고, 멀티프로세스와 멀티스레드의 차이를 이해합니다

프로세스 제어 블록

• 운영체제는 빠르게 번갈아 수행되는 프로세스의 실행 순서를 관리하고, 프로세스에 CPU를 비롯한 자원을 할당함.
• 이를 위해 운영체제는 프로세스 제어블록(PCB)를 이용
• 프로세스 제어 블록**(PCB)**은 프로세스와 관련된 정보를 저장하는 자료 구조
• 마치 상품에 달린 태그와 같음
• PCB는 커널 영역에서 생성됨
• 새로운 프로세스를 생성했다 → 운영체제가 PCB를 생성했다

문맥 교환

• 운영체제는 빠르게 프로세스의 실행순서를 관리함
• 프로세스 A에서 B로 바꿀때 A의 실행정보를 백업해야함
• 이러한 중간 정보, 즉 하나의 프로세스 수행을 재개하기 위해 기억해야 할 정보를 **‘문맥’**이라 함
• 기존 프로세스의 문맥을 PCB에 백업하고, 새로운 프로세스를 실행하기 위해 문맥을 PCB로부터 복구하여 새로운 프로세스를 실행하는 것을 **‘문맥 교환’**이라고 함
• 문맥 교환은 여러 프로세스가 끊임없이 빠르게 번갈아 실행되는 원리임

프로세스의 메모리 영역

• 프로세스가 생성되면 커널 영역에 PCB가 생성됨
• 사용자 영역에는 코드 영역, 데이터 영역, 힙 영역, 스택 영역으로 나뉘어 저장됨
• 정적 할당 영역 (크기가 고정된 영역)
  • 코드 영역: 텍스트 영역이라 불림. 실행할 수 있는 코드, 즉 기계어로 이루어진 명령어가 저장 됨
    • CPU가 실행할 명령어가 담겨 있기 때문에, 읽기 전용 공간
  • 데이터 영역: 프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터가 저장되는 공간
    • 대표적으로 전역 변수(프로그램이 실행되는 동안 유지되며, 프로그램 전체에서 접근 가능한 변수)
• 동적 할당 영역
  • 힙 영역
    • 프로그램을 만드는 사용자, 즉 프로그래머가 직접 할당할 수 있는 저장 공간
    • 메모리 공간을 할당 했다면 언젠간 반납해야 함
    • 반납하지 않는다면 메모리 누수 발생
  • 스택 영역
    • 데이터를 일시적으로 저장하는 공간
      • 매개변수, 지역변수

프로세스 상태

• 프로세스는 생성, 준비, 실행, 대기, 종료 상태를 거치며 실행됩니다

스레드

• 스레드란 프로세스를 구성하는 실행의 흐름 단위

[비교] 멀티프로세스와 멀티스레드

https://pyoja.tistory.com/303

개인적으로 멀티프로세스와 멀티스레드를 한방에 이해 시켜준 사진

멀티 프로레스(크롬) VS 멀티 스레드 (익스플로어)

프로세스는 운영체제로부터 자원을 할당받는 작업의 단위

프로세스의 특징

• 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다.
• 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다. 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. Ex. 파이프, 파일, 소켓 등을 이용한 통신 방법 이용

스레드는 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위 (= 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위)

스레드의 특징

• 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(힙 공간 등)을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.
• 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.

멀티프로세스와 멀티스레드

멀티 프로세싱 (Multiprocessing)은 다수의 프로세서로 다수의 "프로세스"를 협력적으로 동시에 처리하는 것입니다.

멀티스레딩 (Multithreading)은 하나의 프로세스 안에서 여러 개의 실행 흐름 (스레드)을 두는 방식으로 여러 실행을 동시에 실행하도록 하나의 프로세스를 운영하는 방식입니다

[크롬]

멀티 프로세스의 장점

• 안정성 : 하나의 프로세스가 죽어도 다른 프로세스에 영향을 미치지 않습니다.
• 보안: 각 프로세스는 자신의 메모리 공간을 가지고 있어 다른 프로세스의 메모리에 접근할 수 없습니다.

멀티 프로세스의 단점

• 시스템 자원 소모: 각 프로세스는 자신만의 메모리 공간을 가지므로, 메모리를 많이 소모합니다.
• IPC(Inter-Process Communication)가 필요합니다.

[익스플로어]

멀티 스레드의 장점

• 시스템 자원 소모가 적습니다.
• IPC가 필요하지 않습니다.

멀티 프로세스의 단점

• 안정성: 하나의 스레드가 죽으면 전체 프로세스가 영향을 받습니다.
• 보안: 각 스레드는 자신이 속한 프로세스의 메모리 공간을 공유하므로, 다른 스레드가 메모리에 접근할 수 있습니다.