[OS] Process란 무엇이고, Thread와의 차이점은 무엇일까?

프로세스란?

• 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램을 말합니다.

1. 디스크로부터 메모리에 적재되어 CPU로부터 하나의 프로세스를 할당을 받을 수 있습니다.
2. 운영체제로부터 주소 공간, 파일, 메모리 등을 할당받는데 이를 총칭하여 프로세스라고 합니다.

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프로세스는 프로그램과 뭐가 다른가?

"프로그램"은 보조기억장치(SSD, 하드디스크)에 존재하며 실행되기를 기다리는 명령어와 정적인 데이터의 묶음입니다. 즉 프로그램은 단순히 명령어와 데이터의 묶음일 뿐, 생명을 가지고 있지않습니다. 

이 프로그램의 명령어와 정적 데이터가 "메모리에 적재"되는 순간 생명이 있는 프로세스가 된다고 보시면 됩니다.

 

프로그램의 명령어와 정적 데이터 --- (메모리에 적재) ---> 프로세스 

프로세스의 구성

: 프로세스에 대한 정보는 프로세스 제어블록, PCB(Process Control Block)또는 프로세스 기술자(Process Descriptor)라고 부르는 자료구조에 저장됩니다. 대부분 PCB라고 부르며 PCB에는 아래의 프로세스 정보를 담고 있습니다. 

운영체제는 프로세스를 관리하기 위해 프로세스의 생성과 동시에 고유한 PCB 를 생성합니다.. 

 

1) PID 

• 각 프로세스를 구별할 수 있는 식별 번호

2) 프로세스 상태 

• new, ready, running, waiting, terminated 등의 상태를 저장합니다.
• 프로세스들을 상태 전이를 통해 체계적으로 관리합니다. 

3) 스케줄링 우선순위 

운영체제는 여러개의 프로세스가 동시에 실행하는 것처럼 보이는 환상을 제공합니다.

• 운영체제가 여러 개의 프로세스가 CPU에서 실행되는 순서를 결정하는 것을 스케쥴링이라고 합니다.
• 우선순위가 높은 프로세스는 먼저 실행될 수 있습니다.

4) 권한 

• 프로세스가 접근할 수 있는 자원을 결정하는 정보

5) 프로세스의 부모와 자식 프로세스

• 최초로 생성되는 int 프로세스를 제외하고 모든 프로세스는 부모 프로세스를 복제해서 생성되고 이 계층 구조는 트리 형태로 되어 있습니다.
• 각 프로세스는 자식 프로세스와 부모 프로세스에 대한 정보를 가지고 있음

6) 프로세스의 "데이터와 명령어"가 있는 메모리 위치를 가리키는 포인터

 

•  프로세스는 실행중인 프로그램입니다. 따라서 프로그램에 대한 정보를 가지고 있어야 합니다.
•  프로그램에 대한 정보는 프로세스가 메모리에 가지는 자신만의 주소 공간에 저장이 공간에 대한 포인터 값을 말합니다.

이 주소공간은 Text, Data, BSS, Heap, Stack 영역으로 구성되어 있어 위 그림과 같이 각 영역에서 프로그램의 정보를 저장하고 있습니다.

 

스택와 힙 사이의 빈 공간에는 컴파일 단계에서 지역 변수를 얼마나 사용할지 미리 계산할 수 없기 때문에,
런타임에서 지역변수 선언 순서에 따라 스택영역은 위쪽으로 주소값을 매기고, 동적할당 시 힙영역은 아래쪽으로 주소값을 매깁니다.

 

7 ) 프로세스에 할당된 자원들을 가리키는 포인터

• 말 그대로 할당된 자원들이 존재하는 공간에 대한 포인터 값

8) 프로그램 카운터 (PC)

• CPU가 다음으로 실행한 명령어를 가리키는 값
• CPU는 기계어를 한 단위로 읽어서 처리하는데, 프로세스를 실행하기 위해 다음으로 실행할 기계어가 저장된 메모리 주소를 가리키는 값

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어떻게 여러 프로세스가 동시에 실행될 수 있을까?

하나의 CPU는 한 순간에 하나의 프로세스만 실행할 수 있습니다. 언뜻 보면 위처럼 모든 프로세스가 동시에 실행되고 있는것처럼 보일 수 있지만, 엄청나게 빠른속도로 CPU가 실행할 프로세스를 교체하고 있기 때문입니다. 

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쓰레드(Thread)란?

쓰레드는 위에서 말한 "프로세스"의 실행단위입니다.
프로세스 : 별도의 메모리 공간에서 실행
스레드 : 동일한 프로세스 내의 공유 메모리 공간에서 실행

• 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행 흐름으로 프로세스 내의 주소 공간이나 자원을 공유할 수 있습니다.
• 모든 프로세스에는 한 개 이상의 쓰레드가 존재하여 작업을 수행합니다.
• 일반적으로 하나의 프로그램은 하나의 스레드를 가지고 있지만, 프로그램의 환경에 따라 다수의 쓰레드를 가지고 동시에 실행할 수 있으며 이러한 동작 방식을 "멀티 쓰레딩"이라고 합니다.
• 프로세스와 같이 실행, 준비, 대기 등의 실행 상태를 가지며 실행 상태가 변할때마다 쓰레드 문맥교환(context switching)을 수행합니다.
• 각 쓰레드별로 자신만의 독립된 스택과 레지스터를 가집니다.
• 스택은 함수 호출 시 전달되는 인자, 되돌아갈 주소값 및 함수 내에서 선언하는 변수 등을 저장하기 위해 사용되는 메모리 공간이므로 스택 메모리 공간이 독립적이라는 것은 독립적인 함수 호출이 가능하다는 것이고 이는 독립적인 실행 흐름이 가능하게 합니다.
• 따라서 독립적인 실행 흐름을 위한 최소 조건으로 독립된 스택을 할당합니다.

 

<참고 자료>

[운영체제] 프로세스가 뭐지?

[운영체제 이론] 스레드(Thread)