Thread
컴퓨터 구조와 운영체제
운영체제 - 스레드
스레드는 실행의 단위로, 정확히는 프로세스를 구성하는 실행의 흐름 단위이다.
하나의 프로세스는 여러 개의 스레드를 가질 수 있으며, 스레드를 이용하면 하나의 프로세스에서 여러 부분을 동시에 실행할 수 있다.
프로세스와 스레드
전통적인 관점에서는 하나의 프로세스는 한 번에 하나의 일만을 처리했다.
실행의 흐름 단위가 하나라는 점에서 이렇게 실행되는 프로세스들은 단일 스레드 프로세스라고 볼 수 있다.
하지만 스레드라는 개념이 도입되면서 하나의 프로세스가 한 번에 여러 일을 동시에 처리할 수 있게 되었다.
즉, 프로세스를 이루는 여러 명령어를 동시에 실행할 수 있게 된 것이다.
스레드는 프로세스를 구성하는 실행 단위이다.
스레드는 프로세스 내에서 각기 다른 스레드 ID, 프로그램 카운터 값을 비롯한 레지스터 값, 스택으로 구성된다.
각자 프로그램 카운터 값을 비롯한 레지스터 값, 스택을 가지고 있기에 스레드마다 각기 다른 코드를 실행할 수 있다.
여기서 중요한 점은 프로세스의 스레드들은 실행에 필요한 최소한의 정보만을 유지한 채 프로세스 자원을 공유하며 실행된다는 점이다.
프로세스의 자원을 공유한다는 것이 스레드의 핵심이다.
프로세스가 실행되는 프로그램이라면 스레드는 프로세스를 구성하는 실행의 흐름 단위이다.
실제로 최근 많은 운영체제는 CPU에 처리할 작업을 전달할 때 프로세스가 아닌 스레드 단위로 전달하고, 스레드는 프로세스 자원을 공유한 채 실행에 필요한 최소한의 정보만으로 실행된다.
멀티프로세스와 멀티스레드
컴퓨터는 실행 과정에서 여러 프로세스가 동시에 실행될 수 있고, 그 프로세스를 이루는 스레드는 여러 개 있을 수 있다.
여러 프로세스를 동시에 실행하는 것을 멀티프로세스, 여러 스레드로 프로세스를 동시에 실행하는 것을 멀티스레드라고 한다.
동일한 작업을 수행하는 단일 스레드 프로세스 여러 개를 실행하는 것과 하나의 프로세스를 여러 스레드로 실행하는 것은 무엇이 다를까?
가장 큰 차이는 프로세스끼리는 기본적으로 자원을 공유하지 않고, 스레드끼리는 같은 프로세스 내의 자원을 공유한다는 점이다.
프로세스를 fork하면 코드, 데이터, 힙 영역 등 모든 자원이 복제되어 메모리에 적재된다.
fork를 계속 하면 PID, 저장된 메모리 주소를 제외한 모든 것이 동일한 프로세스가 통째로 메모리에 적재되는 것인데, 같은 프로그램을 실행하기 위해 메모리에 동일한 내용들이 중복해서 존재하는 것이기 때문에 낭비일 수 있다.
이에 반해 스레드들은 별도의 실행을 위해 꼭 필요한 정보만 가질 뿐 프로세스가 가지고 있는 자원을 공유한다.
즉, 같은 프로세스 내의 모든 스레드는 동일한 주소 공간의 코드, 데이터, 힙 영역을 공유하고, 열린 파일과 같은 프로세스 자원을 공유한다.
여러 프로세스를 병행 실행하는 것보다 메모리를 더 효율적으로 사용할 수 있다. 또한 서로 협력과 통신에 유리하다.
프로세스의 자원을 공유함으로 인한 단점은 멀티프로세스 환경에서는 하나의 프로세스에 문제가 생겨도 다른 프로세스에는 지장이 없거나 적지만, 멀티 스레드 환경에서는 하나의 스레드에 문제가 생기면 프로세스 전체에 문제가 생길 수 있다.
모든 스레드는 프로세스의 자원을 공유하고, 하나의 스레드에 문제가 생기면 다른 스레드도 영향을 받기 때문이다.
프로세스 간 통신
프로세스끼리는 기본적으로 자원을 공유하지 않지만, 프로세스끼리도 자원을 공유하고 데이터를 주고받을 수 있다.
프로세스 간의 자원을 공유하고 데이터를 주고받는 것을 프로세스 간 통신(IPC) 라고 한다.
파일, 공유 메모리, 소켓, 파이프 등을 통해 프로세스들은 서로 통신할 수 있다.
즉, 프로세드들끼리 데이터를 교환한다는 것은 모든 자원을 처음부터 공유하고 있는 스레드에 비하면 까다로울 뿐 불가능한 것은 아니다.
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