멀티프로세스&스레드

#멀티 프로세스와 멀티 스레드

#멀티 프로세스

  • 멀티 프로세싱이란
    • 하나의 응용프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업(태스크)을 처리하도록 하는 것이다.
  • 장점
    • 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 발생하면 그 자식 프로세스만 죽는 것 이상으로 다른 영향이 확산되지 않는다.
  • 단점
    • Context Switching에서의 오버헤드
      • Context Switching 과정에서 캐쉬 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 등의 오버헤드가 발생하게 된다.
      • 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 프로세스 사이에서 공유하는 메모리가 없어, Context Switching가 발생하면 캐쉬에 있는 모든 데이터를 모두 리셋하고 다시 캐쉬 정보를 불러와야 한다.
    • 프로세스 사이의 어렵고 복잡한 통신 기법(IPC)
      • 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 하나의 프로그램에 속하는 프로세스들 사이의 변수를 공유할 수 없다.
  • 참고 Context Switching란?
    • CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는 데 이 과정을 Context Switching라 한다.
    • 구체적으로, 동작 중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태(Context)를 보관하고, 대기하고 있던 다음 순서의 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 프로세스의 상태를 복구하는 작업을 말한다.

#멀티 스레드

  • 멀티 스레딩이란
    • 하나의 응용프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드로 하여금 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.
    • 윈도우, 리눅스 등 많은 운영체제들이 멀티 프로세싱을 지원하고 있지만 멀티 스레딩을 기본으로 하고 있다.
    • 웹 서버는 대표적인 멀티 스레드 응용 프로그램이다.
  • 장점
    • 시스템 자원 소모 감소 (자원의 효율성 증대)
      • 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
    • 시스템 처리량 증가 (처리 비용 감소)
      • 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.
      • 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다.
    • 간단한 통신 방법으로 인한 프로그램 응답 시간 단축
      • 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적다.
  • 단점
    • 주의 깊은 설계가 필요하다.
    • 디버깅이 까다롭다.
    • 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.
    • 다른 프로세스에서 스레드를 제어할 수 없다. (즉, 프로세스 밖에서 스레드 각각을 제어할 수 없다.)
    • 멀티 스레드의 경우 자원 공유의 문제가 발생한다. (동기화 문제)
    • 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다.

#멀티 프로세스 대신 멀티 스레드를 사용하는 이유?

  • 멀티 프로세스 대신 멀티 스레드를 사용하는 것의 의미?
    • 쉽게 설명하면, 프로그램을 여러 개 키는 것보다 하나의 프로그램 안에서 여러 작업을 해결하는 것이다.
  • 여러 프로세스(멀티 프로세스)로 할 수 있는 작업들을 하나의 프로세스에서 여러 스레드로 나눠가면서 하는 이유?
    1. 자원의 효율성 증대
      • 멀티 프로세스로 실행되는 작업을 멀티 스레드로 실행할 경우, 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
      • –> 프로세스 간의 Context Switching시 단순히 CPU 레지스터 교체 뿐만 아니라 RAM과 CPU 사이의 캐쉬 메모리에 대한 데이터까지 초기화되므로 오버헤드가 크기 때문
      • 스레드는 프로세스 내의 메모리를 공유하기 때문에 독립적인 프로세스와 달리 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.
    2. 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축
      • 또한 프로세스 간의 통신(IPC)보다 스레드 간의 통신의 비용이 적으므로 작업들 간의 통신의 부담이 줄어든다.
      • –> 스레드는 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문
      • 프로세스 간의 전환 속도보다 스레드 간의 전환 속도가 빠르다.
      • –> Context Switching시 스레드는 Stack 영역만 처리하기 때문