[ OS ] 프로세스와 스레드 Process, Thread

1 ) 프로세스 Process

In computing, a process is the instance of a computer program that is being executed by one or many threads.

컴퓨터 분야에서 프로세스는 컴퓨터 프로그램의 인스턴스로, 하나 이상의 스레드를 통해 실행된다.

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프로세스를 한마디로 정의하면 실행 중인 프로그램 (A program in execution) 입니다.

 

즉, 프로그램이 메모리에 올라와 실행되고 있는 능동적인 존재입니다. 이는 정상적인 실행을 위해 운영체제로부터 CPU(시스템 자원)를 할당받아 실행됩니다.

 

• 프로그램: 어떤 작업을 하기 위해 실행할 수 있는 파일 또는 프로그램 (정적인 상태)
• 프로세스: 메모리에 적재되고 CPU 자원을 할당받아 프로그램이 실행되고 있는 상태

1-1 ) 프로세스의 메모리 구성요소

 

1 )  코드(Code) 영역

  :  프로그램의 코드 자체로 실행할 프로그램의 코드 및 매크로 상수가 기계어 형태로 저장되는 영역입니다.

 

2 )  데이터(Data) 영역

  :  프로그램의 전역 변수(global variable)나 정적 변수(static variable)의 할당을 위해 존재하는 공간으로 프로그램의 시작과 함께 할당되어 종료될 때 소멸됩니다.

 

3 )  스택(Stack) 영역

  :  지역 변수(local variable) 할당과 함수 호출 시 전달되는 인수(argument) 값으로 함수 안에서 선언된 지역변수, 매개변수, 리턴 값 등이 저장되고 함수 호출 시 기록, 종료되면 제거됩니다. ( 임시 메모리 )

 

4 )  힙(Heap)영역

  :  동적 메모리 영역으로 관리 가능한 데이터 외의 다른 형태의 데이터를 관리하기 위한 공간입니다. ( new(), malloc() )

 

또한 OS로 여러 Process를 실행, 관리할 수 있는데 이를  멀티테스킹  이라고 합니다. 

* 멀티테스킹 *

OS로 CPU가 작업하는데 필요한 자원을 프로세스 또는 스레드 간 나누는 행위입니다. 이를 통해 여러 응용 프로그램을 동시에 열고 작업할 수 있습니다. 하지만 CPU는 한 번에 한가지 명령어만 처리할 수 있기 때문에 이는 동시가 아닌 Context Switching 을 통해 프로세스를 번갈아 실행하고 관리하는 것입니다.

* Context Switching *

CPU가 현재 작업 중인 프로세스에서 다른 프로세스로 넘어갈 때 지금까지의 프로세스의 상태를 저장(PCB)하고, 새 프로세스의 저장된 상태를 다시 적재하는 작업을 Context Switch라 합니다. 이 때 Context Switching은 CPU 자원을 할당하는  Scheuler에 의해 발생합니다. 

 

1-2 ) 프로세스 특징

 

• 프로세스는 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조), 주소공간, CPU 시간을 할당받습니다.
• 해당 프로세스의 정보를 담고 있는 PCB(Process Control Block)가 만들어집니다.
• 기본적으로 프로세스당 최소 1개의 스레드를 가지고 있습니다.
• 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되고 프로세스끼리는 자원을 공유하지 않습니다.
• 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신(IPC, inter-process communication)이 필요합니다.   ex ) 메일 슬롯, 파이프, 소켓, 시그널, 공유 메모리

* PCB  (Process Control Block) *

프로세스에 대한 정보로 프로세스 생성 시에 만들어지는 것입니다. 

* PCB의 구조 *

1.  프로세스 번호 (Process Identification Number, PID) : 프로세스의 고유로 한 정수 번호이며 다른 프로세스와의 구별을 위해 사용합니다. 
2.  프로세스의 상태 (Status) : 준비, 실행, 대기, 보류 등의 상태
3.  프로세스 우선순위 (Priority) : 스케줄링을 할 때 사용되는 우선순위
4.  프로그램 카운터(Program Counter,PC) : 다음에 실행될 명령어의 주소 값
5.  메모리 포인터 : 프로그램과 데이터가 저장되어 있는 메모리 블록 위치와, 공유되는 메모리 블록들에 대한 포인터
6.  문맥 데이터 : 문맥 교환 시에 CPU 레지스터 값들을 저장하는 영역
7.  할당받은 자원들에 대한 목록 : 개방(Open)한 파일 등 할당받은 자원들의 정보 
8.  계정 정보 (Accounting Information) : CPU를 사용한 시간 등의 정보
9.  입출력 정보 :  진행 중인 입출력 요구 등의 정보

1-3 ) 프로세스 상태 

 

1. 생성(Created) 

:  사용자가 요청한 작업이 커널에 등록되고 PCB가 만들어져 프로세스가 만들어진 다음 준비나 보류 준비 상태로 되기 위해 잠시 거치는 상태

:  프로세스를 생성한 후 메모리 공간을 검사하여 충분한 공간이 있으면 메모리를 할당하면서 준비 상태로 바꾸어주고, 그렇지 못할 경우 보류 준비 상태

 

2. 준비(Ready) 

:  CPU를 할당받기 위해 기다리고 있는 상태

:  CPU만 주어지면 바로 실행할 준비가 되어 있는 상태

 

3. 실행(Running) 

:  CPU를 할당받아 실행 중인 상태

: CPU를 할당하는 것을 디스패치(Dispatch)라고 함 

 

4. 대기(Blocked)

:  프로세스가 실행되다가 입출력 처리를 요청하거나, 바로 확보될 수 없는 자원을 요청하면 CPU를 양도하고 요청한 일이 완료되기를 기다리면서 대기하는 상태

 

5. 종료(Terminated)

:  프로세스가 종료될 때 아주 잠시 거치는 상태

:  프로세스는 할당되었던 모든 자원들이 회수되고 PCB만 커널에 남아있는 상태

 

6. 보류 준비(Suspended Ready) 

:  생성된 프로세스가 바로 메모리를 받지 못할 때나, 준비 또는 실행 상태에서 메모리를 잃게 될 때를 위해 필요

:  실행 상태의 프로세스가 CPU를 반납하면서 준비 상태로 바뀔 때 메모리 공간까지 잃어야 하는 경우라면 보류 준비 상태로 바뀌게(Suspended) 됨

 

7. 보류 대기(Suspended Blocked)

: 대기 상태일 때 메모리 공간을 잃은 상태

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2 ) 스레드 Thread

In computer science, a thread of execution is the smallest sequence of programmed instructions that can be managed independently by a scheduler, which is typically a part of the operating system

컴퓨터 분야에서 실행되는 스레드는 일반적으로 운영체제의 일부인 스케줄러에 의해 독립적으로 관리 될 수 있는 프로그래밍 된 명령어의 가장 작은 시퀀스

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스레드란 프로세스 안에서 실행되는 여러 흐름 단위로 프로세스마다 최소 1개의 스레드를 포함하고 있습니다.

또한 스레드는 프로세스 내에서 실행되는 흐름으로 프로세스 자원을 공유합니다.

 

• 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들 공유합니다.
• 한 프로세스 내에서 동작하는 여러 실행의 흐름입니다.
• 스레드는 프로세스 내에서 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유합니다
• 같은 프로세스 안에 여러 스레드들은 서로 공유가능하지만 다른 프로세스의 메모리에는 직접 접근할 수 없습니다.

 

 

즉, 서로 독립적인 일들을 불필요하게 순차적으로 수행하는 사실을 개선하기 위해 프로세스보다 작고 독립적으로 스케줄링이 가능한 스레드라는 개념이 도입된 것입니다.

 

• 프로세스 : 전체적인 하나의 일  /  고유 공간과 자원을 할당받아 사용
• 스레드 : 세분된 작은 일  /  다른 스레드와 공간, 자원을 공유하며 사용 

 

 

 

학습에 많은 도움이 된 링크를  참조했습니다. 🙂

 

참조 및 출처

[OS] 프로세스(Process)와 스레드(Thread) 차이 (멀티 프로세스, 멀티 스레드)

Process와 Thread 이야기

Process vs Thread