Process와 Thread에 대하여

Process와 Thread (출처: https://yangtaeyoung.github.io/blog/computer-science/thread_process_difference/)

 

📌 Program이란?

프로그램은 컴퓨터에서 실행할 수 있는 파일로, 쉽게 말해서 코드 덩어리다. 이는 디스크에 저장된 정적인 존재로, 실행되기 전까지는 CPU와 메모리 등 시스템 자원을 사용하지 않는다. (예시: 디스크에 저장된 실행 파일 chrome.exe)

 

📌 Process란?

프로세스는 프로그램이 실행되어 동적인 상태로 변환된 것으로, 실행 중인 프로그램이다. 운영체제(OS)가 프로그램을 메모리에 로드하고, CPU 자원을 할당하여 실행하는 순간 프로세스가 된다. 즉, 프로세스는 CPU와 메모리 등 시스템 자원을 사용하며, 여러 개의 프로세스가 동시에 실행될 수도 있다. (예시: chrome.exe가 실행되어 하나의 창이 띄워진 상태)

 

✅ Process 특징

• 독립적인 실행 단위로, 각 프로세스는 운영체제(OS) 스케줄러에 의해 실행됨
• 여러 상태(New, Ready, Running, Waiting/Blocked, Terminated)를 가짐
• 각 프로세스는 실행될 때 고유한 메모리 공간을 할당 받으며, 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근 불가
• 프로세스 간 데이터를 주고받으려면, 프로세스 간 통신(Inter-Process Communication)이 필요
• 프로세스는 최소한 하나의 스레드를 가지며, 필요하면 여러 개의 스레드 생성 가능
• Context Switching이 발생할 수 있으며, 이 과정에서 Overhead 발생 가능

 

✅ 프로세스 메모리 구조

• 코드(Code) 영역 : 실행할 프로그램의 명령어가 저장됨
• 데이터(Data) 영역 : 전역 변수, 정적 변수가 저장됨
• 스택(Stack) 영역 : 함수 호출 시 생성되는 지역 변수, 리턴 주소 저장
• 힙(Heap) 영역 : 동적 메모리 할당 공간 (malloc, new 등)

 

📌 Multi-Process란?

멀티 프로세스는 하나의 프로그램이 여러 개의 프로세스를 생성하여 병렬로 실행하는 방식이다. 운영체제(OS)는 멀티 프로세스를 통해 각 프로세스를 독립적으로 실행하며, 각 프로세스는 자신만의 메모리 공간을 가지므로, 다른 프로세스의 영향을 받지 않고 동작할 수 있다. 즉, 멀티 프로세스를 사용하면 한 프로세스가 멈추거나 종료되더라도, 다른 프로세스는 계속 실행될 수 있어 안정성이 증가한다. (예시: Chrome 브라우저는 각 탭을 별도의 프로세스로 실행하여, 하나의 탭이 멈춰도 다른 탭은 정상적으로 동작)

 

✅ Multi-Process 장점

• 한 프로세스가 멈춰도 다른 프로세스에 영향을 주지 않음
• 멀티코어 CPU를 활용하여 성능을 향상할 수 있음
• 프로세스 간 메모리를 공유하지 않으므로, 보안성이 증가

 

✅ Multi-Process 단점

• 각 프로세스가 독립적인 메모리를 가지므로 메모리 소비가 큼
• 서로 다른 프로세스가 데이터를 공유하려면 추가적인 통신 기법이 필요
• 프로세스를 새로 생성할 때 CPU와 메모리를 많이 사용

 

📌 Thread란?

스레드는 같은 프로세스 내에서 실행되는 작은 작업 단위로, 프로세스의 Code, Data, Heap 메모리를 공유하면서 여러 작업을 동시에 수행할 수 있도록 도와준다. 하나의 프로세스는 최소한 하나의 스레드를 가지며, 필요하면 여러 개의 스레드를 생성할 수 있다. 

 

✅ Thread 특징

• 프로세스 내에서 실행되는 가장 작은 작업 단위로, 각 스레드는 운영체제(OS) 스케줄러에 의해 실행됨
• 여러 상태(New, Ready, Running, Waiting/Blocked, Terminated)를 가짐
• 스레드는 같은 프로세스 내에서 Code, Data, Heap 메모리를 공유하지만, Stack 영역은 각 스레드마다 독립적으로 할당됨
• 같은 프로세스 내에 있는 스레드는 Code, Data, Heap 메모리를 공유하므로, 추가적인 통신 기법이 필요 하지 않음
• 같은 프로세스 내에 있는 스레드는 Code, Data, Heap 메모리를 공유하므로, Context Switching 비용이 적게 듦
• 단, 여러 스레드가 같은 자원에 접근하면 동기화 문제가 발생할 수 있으므로, Mutex, Semaphore, Lock 등의 동기화 기법 필요

 

📌 Multi-Thread란?

과거에는 하나의 프로그램을 실행하면 단일 프로세스로 동작했기 때문에, Chrome 같은 브라우저를 실행하면 하나의 창만 띄울 수 있었고, 단일 스레드 방식이었기 때문에 파일을 다운로드하는 동안 다른 작업을 할 수 없었다. 그러나 현재는 멀티 프로세스를 지원하여, 여러 개의 작업을 동시에 수행하고자 할 때 새로운 프로세스를 생성하는 방법을 고려할 수도 있다. 하지만 프로세스는 독립적인 메모리를 사용하기 때문에 메모리 낭비가 심하고, CPU 자원이 비효율적으로 할당되는 문제가 발생했다. 이러한 한계를 해결하기 위해 등장한 개념이 멀티 스레드로, 하나의 프로세스 내에서 여러 개의 스레드를 실행하여 멀티태스킹과 성능 향상을 가능하게 만들었다.

 

멀티 스레드는 하나의 프로세스 내에서 여러 개의 스레드를 생성하여 병렬로 작업을 수행하는 방식이다. 즉, 같은 프로세스 내에서 여러 개의 스레드가 동시에 실행되면서, 하나의 작업이 끝날 때까지 기다릴 필요 없이 여러 작업을 동시에 수행할 수 있도록 한다. 멀티 스레드를 사용하면 하나의 프로세스에서 여러 개의 작업을 동시에 처리할 수 있으며, 프로세스 생성보다 적은 리소스로 성능을 향상시킬 수 있다. (예시: Chrome 브라우저에서는 하나의 탭이 하나의 프로세스로 실행되지만, 각 탭 내에서는 웹 페이지를 렌더링하는 스레드, 사용자 입력을 처리하는 스레드, 파일 다운로드를 처리하는 스레드 등 여러 개의 스레드가 동작하여 다양한 작업을 동시에 수행) 

 

✅ Multi-Thread 장점

• 하나의 프로세스 내에서 여러 개의 작업을 동시에 수행할 수 있어 성능 향상
• 프로세스를 새로 생성하는 것보다 적은 리소스로 멀티태스킹 가능
• 스레드 간 데이터를 공유하는 것이 프로세스 간 통신(IPC)보다 효율적
• CPU 사용률을 극대화하여 멀티코어 환경에서 성능을 최적화할 수 있음

 

✅ Multi-Thread 단점

• 하나의 스레드가 문제가 발생하면 같은 프로세스 내 다른 스레드도 영향을 받을 수 있음
• 스레드 간 공유 자원 접근 시 동기화 문제(Race Condition, Deadlock)가 발생할 수 있음
• 스레드 스케줄링 및 Context Switching이 많아지면 Overhead가 증가할 수 있음
• 멀티 스레딩을 잘못 구현하면, 동기화 비용이 증가하여 성능이 저하될 수 있음

 

 

+ 출처

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

https://inpa.tistory.com/entry/%F0%9F%91%A9%E2%80%8D%F0%9F%92%BB-multi-process-multi-thread