Multi Process와 Multi Thread

프로세스와 쓰레드

프로세스는 메모리에서 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스로 독립적인 개체이다.
운영체제로부터 시스템 자원을 할당 받는 작업의 단위이며 실행된 프로그램을 의미한다.
프로세스들은 각각 독립된 메모리영역을 할당 받으며 기본적으로 1개의 스레드를 가지고 있다.

 

스레드는 프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위이며 프로세스가 할당 받은 자원을 이용하는 실행 단위
프로세스 내에서 Stack만 따로 할당받고 나머지 영역은 공유한다.
같은 프로세스 내에 쓰레드는 Code, Data, Heap과 같은 공간을 공유하기 때문에 다른 스레드에 접근할 수 있지만, 다른 프로세스에 존재하는 메모리에는 직접 접근할 수 없다.

 

멀티 프로세스(Multi Process)

개념

• 두개 이상 다수의 프로세서(CPU)가 협력적으로 하나 이상의 작업(Task)을 동시에 처리하는 것이다. (병렬처리)
• 각 프로세스 간 메모리 구분이 필요하거나 독립된 주소 공간을 가져야 할 경우 사용한다.

장점

• 독립된 구조로 안전성이 높은 장점이 있다.
• 프로세스 중 하나에 문제가 생겨도 다른 프로세스에 영향을 주지 않아, 작업속도가 느려지는 손해정도는 생기지만 정지되거나 하는 문제는 발생하지 않는다.
• 여러개의 프로세스가 처리되어야 할 때 동일한 데이터를 사용하고, 이러한 데이터를 하나의 디스크에 두고 모든 프로세서(CPU)가 이를 공유하면 비용적으로 저렴하다.

문제점

• 독립된 메모리 영역이기 때문에 작업량이 많을수록( Context Switching이 자주 일어나서 주소 공간의 공유가 잦을 경우) 오버헤드가 발생하여 성능저하가 발생 할 수 있다.
• Context Switching 과정에서 캐시 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 시간이 소모되는 등 오버헤드가 발생한다.

Context Switching

• CPU는 한번에 하나의 프로세스만 실행 가능하다.
• CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는 데 이 과정을 Context Switching라 한다.
• 구체적으로, 동작 중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태(Context)를 보관하고, 대기하고 있던 다음 순서의 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 프로세스의 상태를 복구하는 작업을 말한다.

 

멀티 스레드(Multi Thread)

개념

• 하나의 프로세스에 여러 스레드로 자원을 공유하며 작업을 나누어 수행하는 것이다.

장점

• 시스템 자원소모 감소 (자원의 효율성 증대)
  • 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
• 시스템 처리율 향상 (처리비용 감소)
  • 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어든다.
  • 스레드 사이 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다. (캐시 메모리를 비울 필요가 없다.)
• 간단한 통신 방법으로 프로그램 응답시간 단축
  • 스레드는 프로세스 내 스택영역을 제외한 메모리 영역을 공유하기에 통신 비용이 적다.
  • 힙 영역을 공유하므로 데이터를 주고 받을 수 있다.

문제점

• 자원을 공유하기에 동기화 문제가 발생할 수 있다. (병목현상, 데드락 등)
• 주의 깊은 설계가 필요하고 디버깅이 어렵다. (불필요 부분까지 동기화하면, 대기시간으로 인해 성능저하 발생)
• 하나의 스레드에 문제가 생기면 전체 프로세스가 영향을 받는다.
• 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.

 

 

멀티 프로세스vs 멀티 스레드

• 멀티 스레드는 멀티 프로세스보다 적은 메모리 공간을 차지하고 Context Switching이 빠른 장점이 있지만, 동기화 문제와 하나의 스레드 장애로 전체 스레드가 종료 될 위험을 갖고 있다.
• 멀티 프로세스는 하나의 프로세스가 죽더라도 다른 프로세스에 영향을 주지 않아 안정성이 높지만, 멀티 스레드보다 많은 메모리공간과 CPU 시간을 차지하는 단점이 있다.
• 두 방법은 동시에 여러 작업을 수행하는 점에서 동일하지만, 각각의 장단이 있으므로 적용하는 시스템에 따라 적합한 동작 방식을 선택하고 적용해야 한다.

 

왜 멀티 프로세스로 할 수 있는 작업들을 굳이 하나의 프로세스에서 스레드로 나눠가며 할까?

• 운영체제가 시스템 자원을 효율적으로 관리하기 위해 스레드를 사용한다.
• 멀티 프로세스로 실행되는 작업을 멀티 스레드로 실행할 경우, 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
• 또한, 프로세스 간의 통신보다 스레드 간의 통신 비용이 적으므로 작업들 간 통신의 부담이 줄어든다. (처리비용 감소. 프로세스는 독립구조이기 때문)

 

멀티 스레드의 문제점?

• 스레드를 활용하면 자원의 효율성이 증가하기도 하지만, 스레드 간의 자원 공유는 전역 변수를 이용하므로 동기화 문제가 발생 할 수 있으므로 프로그래머의 주의가 필요하다.

 

 

 

 

참고

https://wooody92.github.io/os/%EB%A9%80%ED%8B%B0-%ED%94%84%EB%A1%9C%EC%84%B8%EC%8A%A4%EC%99%80-%EB%A9%80%ED%8B%B0-%EC%8A%A4%EB%A0%88%EB%93%9C/

멀티 프로세스(Multi Process)와 멀티 스레드(Multi Thread)

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

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