프로세스와 스레드

프로세스 개념

프로세스란? 컴퓨터에서 실행되고 있는 프로그램. 혹은 작업이라고 부른다.

 

프로그램 ≠ 프로세스

프로그램은 하드디스크 등의 저장공간에 저장되어 있는 파일과 같은 수동적인 Entity 이다. 이와 반대로, 프로세스는 능동적인 Entity이다. 즉, 프로그램 실행파일이 메모리에 적재되면 프로그램은 프로세스가 된다.

 

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프로세스 구조

프로세스는 일반적으로 다음과 같은 독립된 메모리를 할당받는다.

Operating System Concepts, 10th Edition

• Text : 컴파일 된 프로세스의 실행 코드가 저장되어 있다. (고정 크기)
• Data: 전역변수들이 저장된 메모리 (고정 크기)
• Heap : 동적으로 할당되는 메모리. (동적 크기)
• Stack : 함수 호출 시 임시 데이터 저장 메모리. 매개변수, 지역변수 등이 저장된다.  (동적 크기)

* 동적크기는 제한이 있다. Heap과 Stack의 메모리가 겹치지 않도록 주의해야 한다.

* JVM과의 비교 : JVM은 그 자체로 하나의 프로세스이다. 즉, JVM은 프로세스처럼 메모리가 할당되고, 그 안에서 JVM의 메모리 구조를 가진다/

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PCB

프로세스를 표현하는 Block이다. 프로세스의 정보(상태)를 저장하는 메모리 라고 표현할 수 있다. PCB에 저장되는 정보는 다음과 같다.

• Process State : new, ready, running 등 프로세스의 상태
• Process Counter: 다음 instruction의 주소. 인터럽트 발생시 반드시 저장되어야 한다.
• CPU Register: 누산기, 상태코드 등. 인터럽트 발생시 반드시 저장되어야 한다.
• CPU 스케줄링 정보 : 프로세스 우선순위, 스케줄 큐 포인터 등
• 메모리 관리 정보 : 페이지 테이블 정보 등
• Accounting 정보 : CPU 사용시간, 프로세스 번호 등에 해당된다.
• I/O States : 프로세스에 할당된 I/O장치 목록

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스레드 개념

스레드(Thread)는 프로세스 내 작업의 단위이다. 혹은 CPU이용의 기본단위라고 살수도 있다.

• 하나의 프로세스에서 동시에 여러가지 일을 하기 위해서는 하나의 프로세스에서 여러개의 스레드를 가질 수 있어야 한다.
• 스레드는 병렬로 실행될 수 있다.
• 하나의 프로그램에 대해 여러개의 프로세스가 실행 될 수 있다.

* 병렬로 처리하기 위해 여러개의 프로세스를 사용하지 않는 이유? 오버헤드가 크다. 스레드가 효율적이기 때문이다. 그리고 프로세스간 메모리 공유가 불가능하다.

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스레드 구조

왼쪽 그림은 단일 스레드 프로세스이고 우측은 다중 스레드 프로세스이다.

다중 스레드 프로세스의 경우, 스레드들은 다른 스레드와 코드, 데이터, OS자원 등을 공유한다.

 

스레드는 독립적으로 레지스터, Stack, Program Counter 를 가진다. 

• Stack에 저장되는 데이터는 프로세스의 Stack과 같다. 여러개의 스레드는 각각 다른 작업을 수행 할 수 있으므로 다른 함수를 호출 할 수 있다. 그러므로 독립된 Stack을 가져야 한다.
• 스레드는 스케줄러에 의해 관리되기 때문에 어느 부분까지 수행했는지를 기억하기 위해 PC에 저장한다. 그러므로 PC도 독립적이어야 한다.

 

참고

Operating System Concepts, 10th Edition (Abraham Silberschatz 외 2명 )
https://velog.io/@gndan4/OS-프로세스-구조