쓰레드란?
- 프로세스 실행 단위
- 하나의 프로세스는 여러 개의 쓰레드로 구성 되어있다.
- 하나의 프로세스를 구성하는 쓰레드들은 프로세스에 할당된 메모리, 자원 등을 공유한다.
- 프로세스와 같이 실행, 준비, 대기 등의 실행 상태를 가지며,
실행 상태가 변할 때마다 쓰레드 문맥 교환(context switching)을 수행한다. - 각 쓰레드는 자신만의 스택과 레지스터를 가진다.
- 한 순간에는 하나의 스레드만 실행이 가능하다. (독립적인 수행 단위)
쓰레드의 장점
- 쓰레드는 프로세스보다 생성 및 종료 시간, 문맥교환 시간이 짧다.
- 쓰레드는 프로세스의 메모리, 자원 등을 공유하므로, 커널의 도움 없이 상호간의 통신이 가능하다.
쓰레드 동기화 방법의 종류
- Mutex
- Semaphore
- Monitor
뮤텍스 (Mutex)
- 쓰레드의 동시 접근을 허용하지 않는다. (상호 배제)
- 임계영역에 들어가기 위해 뮤텍스를 가지고 있어야 한다.
- 일종의 락을 걸고 푸는 것과 같다.
임계영역에 들어간 쓰레드가 뮤텍스를 이용해 임계영역에 다른 쓰레드가 들어오지 못하게 내부에서 락을 건다.
세마포어(Semaphore)
- 뮤텍스와 비슷한 역할을 하지만, 동시 접근 동기화가 아닌 접근 순서 동기화에 관련이 있다.
- 세마포어는 뮤텍스가 될 수 있지만, 뮤텍스는 세마포어가 될 수 없다.
모니터(monitor)
- Mutex 와 Condition Variables(Queue) 를 가지고 있는 Synchronization 메커니즘이다.
- 프레임워크나 라이브러리 자체에서 제공한다.
- 따라서 가볍고 빠르다.
- 임계구역에는 하나의 쓰레드만이 들어갈 수 있다. (상호배제)
- synchronized(), notify(), wait() 등의 키워드를 사용하여 동기화가 가능하다.
프로세스
- 프로세서(cpu)에 의해 처리되는 사용자/ 시스템 프로그램
- 자원을 할당받는 작업의 단위
- 실행 중이거나 실행 가능한 프로그램
- PCB를 가진 프로그램
- 비동기적 행위를 일으키는 주체
- 실 기억장치에 저장된 프로그램
특징
- 부모 프로세스와 자원을 공유하지 않는다.
- 자식 프로세스 생성 시 code 영역을 제외하고, stack, heap, data 영역이 모두 복사된다.
- 자식 프로세스 생성 시스템 콜 : fork()
- 프로세스의 자원에 접근하기 위해서는 프로세스 간의 통신 IPC를 사용해야 한다.
프로세스 제어 블록 (PCB)
프로세스 상태, 포인터, 고유 식별자, CPU 레지스터 정보, 스케줄링 정보를 포함한다.
Q. PCB는 왜 필요할까?
인터럽트가 발생하면 시스템은 인터럽트 처리가 끝난 후에 복구할 시점을 저장해야 한다.
즉, 프로세스를 중단했다가 재개하는 작업을 위한 것이다.
Context Switch
하나의 프로세스에서 다른 프로세스로 CPU가 할당되는 과정에서 발생한다.
현재 CPU가 할당된 프로세스 정보를 저장 -> 새로운 프로세스 정보를 설정 or PCB에 저장된 정보를 복원 ->
CPU에 할당하여 실행하는 작업이다.
프로세스와 쓰레드
- 부모 프로세스와의 자원 공유
- 프로세스는 부모 프로세스와 자원을 공유하지 않는다.
- 스레드는 부모 프로세스와 자원을 공유하고, 자신만의 stack 영역을 사용한다.
- 운영체제로부터 자원을 할당받는 프로세스 / 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위인 스레드
Q. 멀티 프로세스 대신에 스레드를 쓰는 이유?
시스템 자원을 효율적으로 관리하기 위해서이다.
멀티 프로세스로 실행되는 작업을 멀티 스레드로 실행할 경우,
프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
또한, 스레드 간 통신 비용이 훨씬 적다.
하지만, 스레드 간의 자원 공유는 전역 변수를 이용하므로 동기화에 신경을 써야 한다.
참고
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