멀티 스레딩

프로세스 vs 스레드

 

프로세스

운영체제로부터 자원을 할당받는 작업의 단위.

실행 중인 프로그램의 디스크로부터 메모리에 적재되어 CPU의 할당을 받을 수 있는 것을 말한다. 운영체제로부터 주소 공간,

파일, 메모리 등을 할당 받으며 이것들을 총칭하여 프로세스라고 한다.

 

 

스레드

프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위

프로세스의 실행의 단위다. 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행 흐름으로 프로세스 내의 주소 공간이나 자원을 공유할 수 있다.

하나의 프로세스를 다수의 실행 단위로 구분하여 자원을 공유하고 자원의 생성과 관리의 중복성을 최소화하여 수행 능력을 향상시키는 것을

'멀티스레딩'이라고 한다. 이 경우 각각의 스레드는 독립적인 작업을 수행해야 하기 때문에, 각자의 스택과 PC레지스터 값을 갖고 있다.

 

스레드마다 스택을 독립적으로 할당하는 이유

스택은 함수 호출 시 전달되는 인자, 되돌아갈 주소및 함수 내에서 선언하는 변수 등을 저장하기 위해 사용되는 메모리 공간이므로 스택 메모리 공간이 독립적이라는 것은 독립적인 함수 호출이 가능하다는 말이다. 즉, 독립적인 실행 흐름이 추가되는 것이다.

따라서, 스레드의 정의에 따라 독립적인 실행 흐름을 추가하기 위한 최소 조건으로 독립된 스택을 할당한다.

 

PC Register를 스레드마다 독립적으로 할당하는 이유

PC Register 값은 스레드가 명령어의 어디까지 수행하였는지를 나타내게 된다. 스레드는 CPU를 할당받았다가 스케줄러에 의해 다시 선점당한다. 그렇기 때문에 명령어가 연속적으로 수행되지 못하고 어느 부분까지 수행했는지 기억할 필요가 있다.

 

 

 

 

멀티 스레딩

장점

프로세스를 이용하여 동시에 처리하던 일을 스레드로 구현할 경우 메모리 공간과 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.

스레드 간의 통신이 필요한 경우에도 별도의 자원을 이용하는 것이 아니라, 전역 변수의 공간 또는 동적으로 할당된 공간인

Heap 영역을 이용하여 데이터를 주고받을 수 있다. 그렇기 때문에 프로세스간 통신 방법에 비해 스레드 간의 통신 방법이 훨씬 간단하다.

 

심지어 스레드의 문맥 교환은 프로세스 문맥 교환과는 달리, 캐시 메모리를 비울 필요가 없기 때문에 더 빠르다. 따라서 시스템의

Throughput* 이 향상되고  자원 소모가 줄어들며 자연스럽게 프로그램의 응답 시간이 단축된다. 이러한 장점 때문에 여러 프로세스로 할 수 있는 작업들을 하나의 프로세스에서 스레드로 나눠 수행하는 것이다.

 

단점

멀티 프로세스 기반으로 프로그래밍을 할 때는 프로세스 간 공유하는 자원이 없기 때문에 동일한 자원에 동시에 접근하는 일이 없었지만

멀티 스레딩을 기반으로 할 때는 이 부분을 신경써줘야 한다. 서로 다른 스레드가 데이터와 Heap 영역을 공유하기 때문에, 어떤 스레드가

다른 스레드에서 사용중인 변수나 자료구조에 접근하여 엉뚱한 값을 읽어오거나 수정할 수 있다.

 

그렇기 때문에 멀티스레딩 환경에서는 동기화 작업이 필요하다. 동기화를 통해 작업 처리 순서를 컨트롤하고 공유 자원에 대한 접근을 컨트롤 하는 것이다. 하지만 이로 인해 병목현상이 발생하여 성능이 저하될 가능성이 높다. 그러므로 과도한 락으로 인한 병목현상을 줄여야 한다.

 

공유 자원이 아닌 부분은 동기화 처리를 할 필요가 없다. 즉, 동기화 처리가 필요한 부분에만 synchronized 키워드를 통해 동기화하는 것이다. 불필요한 부분까지 동기화할 경우 락을 획득한 스레드가 종료하기 전까지 대기해야 하므로 전체 성능에 영향을 미치게 된다.

 

정리하자면, 동기화 할 때는 메소드 전체를 동기화할 것인지 특정 부분만 동기화할 것인지 고민해야 한다.

 

 

 

 

 

*bandwidth 대역폭 : 기술적 정의는 특정 네트워크에서 가장 낮은 주파수와 가장 높은 주파수의 차이지만, 통신이나 인터넷에서는

주어진 시간 동안 하나의 회선을 통해서 얼마나 많은 양의 데이터를 전송할 수 있는지를 의미한다.

 

*Throughput : 네트워크 상의 어떤 노드나 터미널로부터 또 다른 터미널로 전달되는 단위 시간당 데이터량을 말한다. 

 

 

 

 

 

 

 

 

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[OS] 멀티스레딩에 대해서