[운영체제] 프로세스와 스레드

 

프로세스

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프로세스는 컴퓨터에서 실행 중인 하나의 프로그램을 의미한다.

프로세스는 운영체제로부터 독립된 메모리 영역을 할당 받으며 다른 프로세스의 메모리 영역에 접근할 수 없다.

 

 

프로세스 메모리 영역

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프로세스 메모리 영역은 크게 스택, 힙, 데이터, 코드 영역으로 나뉜다.

 

스택 영역

• 데이터를 일시적으로 저장하는 공간.
• 함수의 실행이 끝나면 사라지는 매개변수나 지역변수 등이ㅣ 저장
• 높은 주소 값에서 낮은 주소 값으로 메모리가 할당된다.
• 재귀함수가 반복해서 호출되거나 함수가 지역변수를 메모리를 초과할 만큼 많이 가지고 있다면 스택 오버플로가 발생한다.
• 영역 크기는 컴파일 때 결정된다.

 

힙 영역

• 프로그래머에 의해 동적 메모리 할당이 일어나는 공간
• 힙 영역은 런타임에 결정되고, 자바에서는 GC에 의해 메모리가 정리된다.

 

데이터 영역

• 프로그램이 실행되는 동안 유지할 데이터가 저장되는 공간.
• 전역 변수, 정적 변수, 배열, 구조체 등

코드 영역 (텍스트 영역)

• 실행할 코드가 기계어 형태로 컴파일되어 저장되는 영역
• CPU가 실행할 명령어가 담겨 있기 때문에 쓰기가 금지되고 Read-Only 공간이다.

 

 

 

PCB (프로세스 제어 블록)

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OS가 프로세스를 제어하기 위해 프로세스의 정보를 저장하는 공간

 

PCB가 포함하는 정보

• PID : 프로세스 식별 번호
• 프로세스의 현재 상태
• PC(프로그램 카운터) : 다음에 실행할 명령어의 주소
• CPU 스케줄링 정보
• 메모리 관리 정보
• 레지스터 값

 

 

프로세스의 상태

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https://inpa.tistory.com/entry/👩‍💻-프로세스-⚔️-쓰레드-차이#정적_프로그램_static_program

• 생성 상태 (new) : 프로세스를 생성중인 상태
• 준비 상태 (ready) : 실행할 준비가 완료됐지만 자신의 차례가 아니라서 준비 큐에서 CPU 할당을 기다리는 상태
  • 준비 상태 프로세스는 차례가 되면 dispatach되어 실행 상태로 전환
• 실행 상태 (running) : 프로세스가 CPU를 할당 받아 실행 중인 상태
  • 인터럽트 : 타임아웃이나 예기치 않은 이벤트가 발생하면 현재 실행 중인 프로세스를 준비 상태로 전환하고, 해당 작업을 먼저 처리한다.
• 대기 상태 (waiting) : 프로세스가 입출력이나 이벤트 발생을 기다려야 해서 CPU 사용을 멈추고 기다리는 상태
• 종료 상태 (terminated) : 프로세스가 종료된 상태

 

 

 

스레드

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스레드는 프로세스에서 실제로 실행되는 흐름의 단위를 의미한다.

프로세스는 한 개 이상의 스레드를 갖는다.

스레드는 프로세스의 메모리 공간을 이용하는데 스택영역만 독립적으로 할당받고 나머지 영역은 다른 스레드들과 공유한다.

 

동시성과 병렬성

• 동시성 : 하나의 코어에서 여러 작업을 번갈아 가면서 처리하는 방식.
  • CPU는 한 번에 하나의 작업만 처리할 수 있어서 여러 작업을 조금씩 돌아가면서 처리한다.
  • 이를 위해 콘텍스트 스위칭이 발생한다.
• 병렬성 : CPU가 여러개 있어서 (멀티 코어) 각 CPU에서 각 작업을 동시에 처리하는 방식이다.
  • 물리적인 시간 관점에서 동시에 여러 작업이 처리된다.

 

 

 

멀티 프로세스와 멀티 스레드

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멀티 프로세스

• 프로그램 하나를 여러 프로세스로 구성하는 것을 의미한다.
• 한 프로세스가 죽어도 다른 프로세스에게 영향을 주지 않기 때문에, 더 안정적이고, 확장성이 좋다.
• 콘텍스트 스위칭을 위한 시간과 메모리 공간을 많이 사용한다는 단점
• 프로세스는 독립적인 메모리를 할당 받기 때문에, 자원을 공유할 때 IPC를 통해야하기 때문에 비효율적

 

멀티 스레드

• 하나의 프로세스를 여러 스레드로 나누어 실행하는 것
• 스레드 간에 힙,데이터, 코드 영역을 공유하기 때문에 콘텍스트 스위칭 오버헤드가 적게 발생함
• 스레드 간 자원 공유가 프로세스 간 자원공유보다 시스템 처리 비용이 적고 프로그램 응답 시간도 단축됨
• 스택 영역을 다른 스레드와 함께 사용하므로 공유 자원에 대한 동기화가 필수적이다.

 

 

참고

👩‍💻 ‍완전히 정복하는 프로세스 vs 스레드 개념

👩‍💻 멀티 프로세스 vs 멀티 스레드 비교 💯 완전 총정리

기술 면접 대비 CS 전공 핵심요약집 | 이수진 - 교보문고