# 프로세스와 쓰레드

[yoogail105]

1. 프로세스와 멀티 프로세싱

프로그램

• 어떤 작업을 위해 실행할 수 있는 파일
• 파일 시스템에 존재하는 실행파일
• ex. .exe, .pkg 등으로 끝나는 프로그램 파일들

프로세스

예를 들어

• 위의 프로그램을 눌러서 실행하면, 운영체제가 그 프로그램을 실행시켜 준다.
• CPU를 차지하면서 수행을 하는데, 이를 수행하는 주체가 프로세스이다.
• 즉, 프로그램을 실행시키는 실행 주체, 인스턴스
• ex. 크롬 프로그램을 눌러서 실행을 시켰을 때, 이를 CPU에 올리고 작업하는 것은 프로세스
  → 크롬에서 여러 창을 열 수 있는데 이는 각각의 프로세스
  → 크롬 창을 출력하는 작업을 실행하면, 이 역시 CPU에 올라가게 되고 이것도 하나의 프로세스

그래서 프로세스는

• 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램
• 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립 개체)
• 동적인 개념으로는, 실행된 프로그램
• 운영체제로부터 시스템의 자원을 할당받는 작업의 단위
  • 할당받는 시스템의 자원 종류: CPU시간, 주소 공간, 독립된 메모리 영역
• 프로세스는 code, data, stack, heap 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받는다.
• 기본적으로 각 프로세스는 최소 1개의 스레드(main)를 가짐
• 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행됨
• 프로세스간에는 서로의 변수나 자료 구조에 대해서 절대 접근할 수 없다!
• 프로세스 간 서로의 자원에 접근하려고 하면, 프로세스 간 통신(IPC, Inter-Process-Comunication)을 이용
  • 파이프, 파일, 소켓 등 프로세스간 통신 IPC를 사용해야 한다.

여러 개의 프로세스를 어떻게 관리할까?

• 프로세스 식별자 processID(PID) 로 이름을 붙여서 관리

멀티 프로세싱

• 하나의 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성
• 각각의 프로세스는 하나의 작업task을 처리
• 장점
  • 안정성이 높다.
    • 프로세스는 독립된 메모리 영역을 할당받기 때문에 서로의 자원에 침투 불가하기 때문
    • 하나의 프로세스에서 문제가 발생해도, 다른 프로세스는 문제 없음
• 단점
  • CPU의 부담이 커지고, 오버헤드가 발생할 가능성 높다.
    • 우리의 체감 상 여러 프로세스들이 동시에 실행되고 있는 듯 보이나, 실제 CPU는 각각의 프로세스들을 빠르게 전환하며 한 번에 하나의 프로세스를 실행하고 있다.(Context Switching)
    • Context Switching: CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리 하기 위해서, A 프로세스를 실행할 때는 메모리 영역에 A프로세스를 올리고, B 프로세스 실행 시엔 B프로세스를 올리는 식으로 동작한다.
    • 동작중인 프로세스가 대기를 하면서 해당 프로세스의 상태 보관, 대기하고 있던 프로세스가 동작하면서 이전에 보관했던 상태를 복구하는 작업
    • 이 때 CPU의 부담이 커지고 오버헤드가 발생할 수 있음
    • 왜? 프로세스는 독립된 메모리의 영역을 할당(공유 자원 X)
      → 캐시에 있는 모든 데이터를 리셋하고, 다시 메모리에 올릴 프로세스의 캐시 정보를 불러와야 한다.
• 프로세스 간 자원의 공유가 어렵다.(IPC)

2. 쓰레드와 멀티 쓰레드

쓰레드Thread

• 하나의 프로그램 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름
• 프로세스의 특정한 수행 경로
• 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위
• 프로세스 내부에서 동작 → 독립적인 메모리 영역 할당X
• Code, Data, Heap 영역은 공유, Stack 영역만 독립적으로 할당
  • 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 이웃 쓰레드(sibling thread)도 변경 내용을 바로 반영 → 안정적X
  • stack만 독립?
    • stack이 LIFO → 먼저 들어온 작업이 순서대로 나오는 것이 아니라 흐름에 방해를 줌
  • 공유되는 영역은 자원에 접근 가능, 공유되지 않는 스택 영역엔 접근할 수 없음

멀티 쓰레드 Multi-thread

• 하나의 프로그램을 여러 개의 쓰레드로 구성
• 각 쓰레드마다 하나의 작업task을 처리
• 여러 운영체제들이 멀티 프로세싱보다 멀티 쓰레드를 기본으로 함.

3. 멀티 프로세싱 vs 멀티 쓰레드 ?

• 왜 여러 운영체제들이 멀티 프로세싱보다 멀티 쓰레드를 기본으로 하고 있을까?

멀티쓰레드 사용의 장점

• 쓰레드간 code, data, heap 영역 공유 → Context switching이 빠름
  • 메모리에 현재 사용하는 자원을 올리고 내리고 하는 것 빠름
• 프로세스를 생성하여 자원 할당하는 것 X → 생성 및 종료시간 빠름
• 공유 영역 → 통신하는 방법이 간단함
  • cf. 멀티 프로세스의 경우, 파이프/파일/소켓 등 프로세스간 통신 IPC을 해야 함

멀티쓰레드 사용의 단점

• 까다로운 설계
  • A 쓰레드가 접근하려는 힙 영역의 자원에 B 쓰레드가 갑자기 접근해서 바꾸는 등의 공유 문제 발생(동기화 문제)
    • thread-safe 하지 않은 문제 # Thread-safe #49
  • 하나의 쓰레드에서 문제 생길 시 전체 쓰레드 영향 받음

🔖 출처

• https://babbab2.tistory.com/63
• https://gmlwjd9405.github.io/2018/09/14/process-vs-thread.html
• https://jhnyang.tistory.com/6

[yoogail105]

Main Thread / Global Thread

1. Main Thread

• 하나 존재
• 별도의 처리를 하지 않으면, main thread에서 동작
• main thread에서 너무 많은 작업을 수행하게 되면 앱의 속도가 느려지고 오류 발생할 수 있음
• main thread는 Interface Thread 라고도 불림
  • UI와 관련된 작업은 반드시 Main Thread에서 처리해야 한다.
  • 그렇지 않으면, 런타임 오류 발생

2. Global Thread(Background Thread)

• iOS에서의 프레임워크들은 모두 백그라운드에서 구동된다.
  • 예를 들어, 사진을 다운받는다고 할 때 이에 필요한 작업을 모두 백그라운드에서 실행되고, 다운로드가 완료되었을 때의 알림을 delegate, completion handler를 통해 메인스레드에 알린다.
  • 만약 모든 프레임워크의 작업이 메인스레드에서 작동하면, 앱의 화면은 다운로드가 완료될 때까지(UI를 구현할 수 있는 자료가 생길 때까지) 멈춰있는 것처럼 보인다.
  • 따라서 오래 걸릴 것이라고 예상되는 작업에 대해서 백그라운드 스레드에서 실행되도록 처리를 해주어야 한다.

🔖 참고

• https://babbab2.tistory.com/65?category=831129
• https://seons-dev.tistory.com/217