프로세스/쓰레드(승준)

프로그램, 프로세스와 쓰레드란?

• 프로그램: 컴퓨터가 실행할 수 있는 명령어들의 집합, 코드로 이루어진 파일.

• 프로세스: 컴퓨터에서 실행 중인 프로그램, 즉 실행 상태로 들어간 프로그램을 말한다.
• 각각의 프로세스는 독립된 메모리 공간을 할당 받는다.
• 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.
• 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다.

• 쓰레드: 프로세스 안에서 실행되는 여러 흐름 단위
• 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 프로세스의 것을 공유한다.
• 같은 프로세스 안에 있는 여러 스레드들은 같은 힙 공간을 공유한다. 반면에 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근할 수 없다.
• 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 이웃 스레드(sibling thread)도 그 변경 결과를 즉시 볼 수 있다.

PCB

 

 

• PCB들을 연결할 수 있는 Pointer

• OS가 관리상 사용하는 정보
• Process State(ready, running, wait 등), Process ID(프로세스만의 ID)
• scheduling information priority(프로세스한테 CPU를 주기 위한 우선순위 관련 정보)

• CPU 수행 관련 하드웨어 값(프로세스 문맥을 표시하기 위한 정보)
• Program counter, registers(어떤 정보를 담고 일하고 있었는가)

• 메모리 관련
• code, data, stack의 위치 정보(물리적 메모리에서 어디에 위치하고 있는가)

• 파일 관련
• Open file descriptors(프로세스가 오픈하고 있는 파일은 어떤 것들이 있는지)

TCB

• 구성 요소
• PC
• registers
• stack

 

• 쓰레드가 동료 쓰레드와 공유하는 부분
• Code
• Data
• Heap

발전 역사

• 단일 프로세스 시스템: 한 번에 하나의 프로그램만 실행된다. 다른 프로그램을 실행시키려면 이 기존의 프로그램 실행을 끝내고 실행시켜야 했다.
• 이 시스템의 단점: CPU 사용률이 좋지 않다. IO 작업이 끼어 있다면, 그 IO 작업이 끝나고 결과가 돌아올 때까지 기다리기 때문이다.



• IO(input/output) 작업: 파일을 읽고 쓰거나(from HDD) 네트워크 통신을 하거나 입출력 장치(마우스, 키보드)와 데이터를 주고 받는 것.

• 멀티 프로그래밍: 여러 개의 프로그램을 메모리에 올려놓고 동시에 실행시키자. 그리고 저 IO 작업이 발생할 때 그 남는 시간에 다른 프로그램을 올려서 실행시키자.
• 목적: CPU 사용률을 극대화 시키는 것.
• IO 작업이 발생하면 다른 프로세스가 CPU에서 실행된다.
• 이 시스템의 단점: CPU 사용 시간이 길어지면 다른 프로세스는 계속 대기하게 된다.

• 멀티 태스킹: 프로세스는 한번 CPU를 사용할 때 아주 짧은 시간(quantum, ms 단위)만 CPU에서 실행되도록 하자.
• 목적: 프로세스의 응답 시간을 최소화 시키는 것.
• 동시성: 이를 통해 아주 짧은 시간 내에 여러 프로세스가 번갈아가며 실행되므로, 마치 동시에 실행되는 듯한 느낌을 사용자는 받을 수 있다.
• 하나의 프로세스가 CPU를 계속해서 독차지 하지 않도록 아주 짧게 나누고 번갈아가면서 프로세스에게 CPU 주도권을 주는 것.
• 이 시스템의 아쉬움들
• 하나의 프로세스가 동시에 여러 작업을 수행하지 못한다.
• 프로세스의 컨텍스트 스위칭은 무거운 작업이다.
• 프로세스끼리 데이터 공유가 까다롭다.
• 한 예로 Message Passing이 있는데 커널의 한 공간에 메시지 통신용 메모리를 할당하고, 이 구간을 통해 서로 데이터를 공유하는 것.
• 따로 데이터 전달용 메모리를 마련해둬야 하므로 메모리 낭비 발생
• 공유 시 커널 모드로 들어가니 속도가 느려질 수 있다.
• 이제 싱글 코어가 아니라 듀얼 코어로 발전했는데 이를 더 효율적으로 사용하고 싶어짐.(컨텍스트 스위칭 비용을 줄이기 위함)

• 멀티 쓰레딩
• 목적: 하나의 프로세스가 동시에 여러 작업을 실행시킬 수 있도록 해주는 것.
• 쓰레드
• 프로세스는 한 개 이상의 쓰레드를 가질 수 있다.
• CPU에서 실행되는 단위(unit of execution), 이제 프로세스가 아니라 쓰레드가 단위가 된 것임.
• 같은 프로세스의 쓰레드들끼리는 컨텍스트 스위칭이 가볍다.
• 쓰레드들은 자신들이 속한 프로세스의 메모리 영역을 공유한다. (Heap, Data, Code)
• 허나 스택은 쓰레드 각각 가지고 있다. 이 스택은 공유하지 않는다.



PC, program counter(rip), 다음 명령어를 수행할 주소를 가르키는 포인터
• CPU가 싱글 코어라면? → 멀티 태스킹



• CPU가 듀얼 코어라면? → 멀티 쓰레딩(병렬로 진짜 동시에 두 개의 쓰레드를 실행한다)

• 멀티 프로세싱: 두 개 이상의 프로세서나 코어를 활용하는 시스템, 이제 병렬성이 가능해진다.

여담

참고

C (프로그래밍 언어) - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

패러다임 명령형 프로그래밍 ( 절차적 프로그래밍), 구조적 프로그래밍 설계자 데니스 리치 개발자 데니스 리치, 벨 연구소 발표일 1972년 최근 버전 C17 최근 버전 출시일 2018년 6월(4년 전) 미리보기 버전 C2x ( N2731) 미리보기 버전 출시일 2021년 10월 18일(15개월 전) [1] 파일 확장자 .c,.h K&R, GCC, 클랭, 인텔 C, 마이크로소프트 비주얼

https://ko.wikipedia.org/wiki/C_(%ED%94%84%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%98%EB%B0%8D_%EC%96%B8%EC%96%B4)

[10분 테코톡] 🌷 코다의 Process vs Thread

🙋‍♀️ 우아한테크코스의 크루들이 진행하는 10분 테크토크입니다. 🙋‍♂️ '10분 테코톡'이란 우아한테크코스 과정을 진행하며 크루(수강생)들이 동료들과 학습한 내용을 공유하고 이야기하는 시간입니다. 서로가 성장하기 위해 지식을 나누고 대화하며 생각해보는 시간으로 자기 주도적인 성장을 지향하는 우아한테크코스의 문화 중 하나입니다. 🌕우아한테크코스란 🌕 우아한테크코스는 일반 사용자용 서비스를 개발하는 회사가 필요로 하는 역량을 가진 프로그래머를 양성하기 위한 교육입니다.

https://www.youtube.com/watch?v=1grtWKqTn50

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https://www.youtube.com/watch?v=QmtYKZC0lMU

Process와 Thread의 차이

도커 이야기를 하면서 Process에 대해 다뤘습니다. 그렇다면 Thread도 더불어 알아 두고 둘의 차이를 이해하는 것이 매우 중요합니다. 해서 간단히 그 차이를 설명했습니다. 조만간 컴퓨터 구조와 운영체제론을 다룰 예정입니다. 그 때 더 자세히 하겠지만 개념적으로는 이 영상에서 다룬 수준을 알면 충분하리라 생각합니다. 오늘은 2022년 4월 22일 금요일 입니다. 불금 잘보내시기 바랍니다.

https://www.youtube.com/watch?v=x-Lp-h_pf9Q

[OS] 프로세스와 스레드의 차이 - Heee's Development Blog

Step by step goes a long way.

https://gmlwjd9405.github.io/2018/09/14/process-vs-thread.html