[OS] 프로세스와 스레드

✅ 프로세스
: 운영체제로부터 자원을 할당받은 작업의 단위
✅ 스레드
: 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 흐름의 단위

1. 프로세스(Process)

1. 1 프로세스(Process)란?

 

프로세스는 실행 중인 프로그램을 뜻한다. (프로그램 : 명령어들의 모음을 포함한 디스크에 저장된 파일)

 

프로그램이 실행되면 이 프로그램의 명령어들과 데이터가 메모리에 적재되고 이것이 프로세스가 된다.

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1.2 프로세스의 메모리 구조

 

Code 영역 : 프로그램을 실행시키는 실행 파일 내의 명령어들이 위치하는 공간

 

Data 영역 : 전역 변수, static 변수들이 위치하는 공간

 

Heap 영역 : 동적할당을 위한 메모리 영역(malloc(), new 등)

 

Stack 영역 : 지역 변수, 파라미터(함수에 전달되는 인자)가 위치하는 공간

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1.3 프로세스 상태(Process State)

 

 

new(생성) : 프로세스가 생성된 상태. OS 커널에 존재하는 Ready Queue에 올라가면 ready 상태가 된다.

 

ready(준비) : 프로세스가 CPU로부터 메모리 공간을 할당받길 기다리는 상태. 이때 프로세스 스케줄러에 의해 프로세스가 할당을 받게 되면 running 상태가 된다. 이것을 dispatch라고 한다.

 

running(실행) : 명령어들이 실행되는 상태. 이때 interrupt(간섭)이 발생하면 ready 상태로 변한다. 실행을 끝마치면 exit(종료)되고 terminated 상태로 변한다. I/O(입출력)이나 event가 발생하면 waiting 상태로 변한다. 

 

waiting(대기) : 특정 event가 발생하길 기다리는 상태이다. 이때 I/O 나 특정 event가 완료되면 ready상태로 변한다.

 

terminated(종료) : 프로세스가 실행을 끝마친 상태

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1.4 프로세스 스케줄링(Process Scheduling)

 

하나의 CPU를 가지고 있는 컴퓨터는 프로세스를 동시에 실행시킬 수 없다.

따라서 CPU는 고속으로 여러 프로세스를 일정한 기준으로 순서를 정해서 실행한다.

→ 이러한 CPU 할당 순서 및 방법을 결정하는 과정을 프로세스 스케줄링이라고 하며 CPU 스케줄러가 이를 담당한다.

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2. 스레드(Thread)

 

2.1 스레드(Thread)란?

프로세스 하나만을 사용해서 프로그램을 실행하기에는 메모리의 낭비가 발생한다. 스레드는 프로세스와 다르게 스레드 간 메모리를 공유하며 작동한다.

 

프로세스 내에서 실행되는(프로세스가 할당받은 자원을 이용하는) 프로그램 코드의 흐름의 단위

 

스레드는 운영체제의 스케줄러에 의해 독립적으로 관리될 수 있는 프로그래밍된 가장 작은 시퀀스이다. 하나의 프로세스는 하나 이상의 스레드를 가지고 있다.

 

• 프로세스 내 주소 공간이나 자원 공유가 가능
  • 스레드는 프로세스 내의 Code, Data, Heap 영역을 공유하고 Stack 영역은 따로 할당받는다.
  • 여러 스레드는 한 프로세스 내의 Code, Data, Heap 영역을 공유하지만, 프로세스 간에는 서로 메모리에 접근할 수 없다.
  • 스레드는 별도의 Register와 Stack을 가지고, 그 외의 다른 영역은 공유한다. 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면 다른 스레드도 그 변경 결과를 가져올 수 있다.

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2.2 스레드가 필요한 이유

 

여러 개의 작업 단위로 구성된 프로그램에서 요청을 동시에 처리하기 위함이다.

 

예를 들어, 워드 프로세서에서 사용자로부터 키보드 입력받는 스레드, 그래픽이나 UI를 그리는 스레드, 그리고 문법 오류 체크하는 스레드 등 워드 프로세서 내에서 여러 요청들을 동시에 처리해야 할 때, 스레드가 필요

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2.3 스레드의 이점

1. 응답성: 다른 스레드의 실행 시간이 길거나 입출력 요청으로 인해 block 되더라도 계속 실행되는 것을 허용
2. 자원 공유 : 프로세스 내 자원(Data, Code, Heap)을 공유
3. 경제성 : 프로세스 생성을 위한 메모리 자원 할당, 프로세스 간 문맥 교환은 비용이 많이 들고 오버헤드가 발생하는 반면에, thread는 프로세스의 자원을 공유하고 있으므로 스레드 생성이나 문맥 교환 시에 더 경제적
4. 확장성 : 멀티 프로세서 구조에서는 스레드들이 각자 프로세스 위에서 병렬적으로 실행되기 때문에, 다중 CPU 환경에서 병렬성이 크게 증대

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2.4 스레드가 경량 프로세스(Light Weight Process)라 불리는 이유

1. 프로세스 생성(Process fork)에 비해 스레드 생성 시간이 더 빠름
2. 스레드 간에 프로세스 자원을 공유할 수 있기 때문.
3. 스레드 간에 통신이 용이하기 때문.

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출처

https://code-lab1.tistory.com/38

https://velog.io/@aeong98/운영체제OS-프로세스와-스레드

https://wookkingkim.tistory.com/entry/운영체제-스레드Thread의-개념