[Programming]프로세스와 스레드 (process & thread)

아래 내용을 통해 답변할 수 있는 면접 질문
Q. 프로세스와 스레드의 차이?
Q. 멀티태스킹, 멀티스레드?

 

 

Process

운영체제로부터 자원을 할당 받은 작업의 단위

 

Thread

프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행흐름의 단위

 

Program

파일이 저장 장치에 저장되어 있지만 메모리에는 올라가 있지 않은 정적인 상태

 

- 메모리에 올라가 있지 않은 : 아직 운영체제가 프로그램에게 독립적인 메모리 공간을 할당해주지 않음

  모든 프로그램은 운영체제가 실행되기 위한 메모리 공간을 할당해줘야 실행될 수 있음

- 정적인 상태 : 아직 실행되지 않고 가만히 있음

 

아직 실행되지 않은 파일 그 자체(.exe, *.dmg) 등, 사용자가 눌러서 실행하지 전의 파일 == 코드 덩어리

 

실행 파일(프로그램)에게 의미를 부여하기 위해

>> 프로그램을 실행 >> 해당 파일은 컴퓨터 메모리에 올라감 >> 동적인 상태

>> Process

프로그램을 실행하여 메모리에 올라간 상태(동적인)

== 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램

== 스케줄링 단계에서의 '작업'과 같은 단어

== 운영체제로부터 자원을 할당 받은 작업의 단위

 

프로세스가 메모리에 올라갈 때 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받음

운영체제는 프로세스마다 각 독립된 메모리 영역(code / data/ stack/ heap)의 형식으로 할당

각각 독립된 메모리 영역을 할당해주기 떄문에 > 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료에 접근할 수 없음

(하지만 스레드는 메모리를 서로 공유할 수 있음)

 

과거) 프로그램을 실행할 때 실행 시작 ~ 끝까지 only one process(단일 프로세스) 만 사용함

 

? ) 한 프로그램을 처리하기 위한 프로세스가 여러개 있다면?

No) 운영체제는 안정성을 위해 프로세스마다 자신에게 할당된 메모리 내의 정보에만 접근할 수 있도록 제약을 둠, 이를 벗어나는 정보에 접근하려면 오류가 발생

 

>> 프로세스와는 다른 더 작은 실행 단위의 개념이 thread

>> Thread

프로세스의 코드에 정의된 절차에 따라 실행되는 특정한 수행 경로

 

프로세스와 달리 메모리를 서로 공유할 수 있음

- 프로세스가 할당 받은 메모리 내에서

   stack 형식으로 할당된 메모리 영역은 따로 할당받고

   나머지 code/ data/ heap 형식으로 할당된 메모리 영역을 공유한다.

- 따라서 각 스레드는 별도의 스택을 가지고 있지만 힙 메모리에서는 서로 읽고 쓸 수 있게 된다.

 

프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행흐름의 단위

 

 

Q. 프로세스와 스레드의 차이?

프로세스는 메모리를 고유할 수 없지만, 스레드는 힙메모리를 서로 공유한다.

 

실행오류시

- 프로세스가 강제로 종료될 경우 다른 프로세스에 영향이 없다(공유한 파일을 손상시키는 경우가 아닐시)

- 스레드는 code / data/ heap메모리 영역을 공유하기 떄문에 어떤 스레드 하나에서 오류가 발생하면 > 같은 프로세스 내의 다른 스레드 모두가 강제로 종료된다.

 

스레드 (function) = CPU의 최소 작업단위

프로세스 (code) = 운영체제의 최소 작업 단위 

>> 운영체제 관점에서 프로세스가 최소 작업 단위 > 프로세스 하위의 스레드끼리는 메모리를 공유하는 것이 당연

 

 

내가 스레드를 쓴 이유

데이터 100만개를 돌리는데 그 중 에러가 발생하면, 이를 예외처리하여 재실행해야하기 때문에

예외 케이스를 찾아내 수정하여

 

Multi Tasking

하나의 운영체제 안에서 여러 프로세스가 실행되는 것

프로세스가 동시에 실행되는 것이 아님!!

하나의 PC에서, 멜론 뮤직과 카카오톡 노션등 여러 프로그램을 실행하고 있는 것?

 

Multi Thread (병렬처리)

하나의 프로세스가 여러 작업을 여러 스레드를 사용하여 동시에 처리하는 것

장점

- context-switching 할 때 공유하고 있는 메모리만큼의 메모리 자원을 아낄 수 있다

- 스레드는 프로세스 내의 stack영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 떄문에 통신의 부담이 적어서 응답 시간이 빠르다

 

단점

- 스레드 하나가 프로세스 내 자원을 망쳐버린다면 모든 프로세스가 종료될 수 있다

- 자원을 공유하기 떄문에 필연적으로 동기화 문제(Synchronization Issue)가 발생할 수 밖에 없다

(이런 경험 있음.... 그래서 공유 변수 변경시 threading.Lock()이 걸리게 함)

lock = threading.Lock()

- 멀티스레드를 사용하면 각 스레드 중 어떤 것이 어떤 순서로 실행될 지 그 순서를 알 수 없다.

- 그래서 여러 스레드가 함께 전역변수를 하용할 경우 발생할 수 있는 충돌 동기화 문제

- 스케줄링은 운영체제가 자동으로 해주지 않기 떄문에 >> 프로그래머가 적절한 기법을 구현해야한다!! 

 

 

 

참고한 블로그

 

프로세스와 스레드의 차이

 

[05. 멀티쓰레드] 멀티쓰레드 1 (프로세스와 스레드, 문제점-DataRace)

 

[Python] Thread and Lock (쓰레드와 락)