Process 와 Thread

Process

✅ 프로세스란?

• 실행 중인 프로그램의 인스턴스를 의미함.

• 운영체제에서 하나의 독립적인 작업 단위로 관리됨.

• 각 프로세스는 독립적인 메모리 공간 (코드, 데이터, 힙, 스택) 을 가짐.

• CPU 스케줄링을 받아 실행됨.

✅ 프로세스의 특징

1. 독립된 실행 환경

   1. 다른 프로세스와 메모리를 공유하지 않음.

   2. 한 프로세스가 다른 프로세스의 메모리에 접근할 수 없음.

2. 멀티 프로세스 지원

   1. 하나의 프로그램이 여러 개의 프로세서로 실행될 수 있음.

   2. 각 프로세스는 독립적으로 동작하며, 별도의 메모리 공간을 사용함.

3. 컨텍스트 스위칭 필요

   1. 프로세스 간 전환 시 OS 가 현재 실행 중인 프로세스 상태를 저장하고, 새로운 프로세스의 상태를 복원하는 과정이 필요함.

   2. 컨텍스트 스위칭 비용이 크기 때문에 프로세스 간 전환은 비교적 느림.

4. IPC(Inter-Process Communication, 프로세스 간 통신) 필요

   1. 프로세스는 서로 독립적이므로 데이터를 공유하려면, 파이프, 메시지, 큐, 공유 메모리, 소켓 같은 방법이 필요함.

Thread

✅ 쓰레드란?

• 프로세스 내에서 실행되는 가장 작은 단위

• 하나의 프로세스는 여러 개의 쓰레드를 가질 수 있음.

• 같은 프로세스의 메모리 공간(코드, 데이터, 힙) 을 공유 하지만, 각 쓰레드는 독립적인 스택과 레지스터를 가짐.

✅쓰레드의 특징

1. 경량(Lightweight) 프로세스

• 프로세스보다 적은 자원을 사용함.

• 프로세스를 생성하는 것보다 쓰레드를 생성하는 것이 비용이 적음.

1. 메모리 공유

• 같은 프로세스 내의 쓰레드는 동일한 힙과 데이터 영역을 공유함.

• 따라서 쓰레드 간 데이터 공유가 쉬움.

• 하지만, 동기화 이슈(레이스 컨디션, 데드락 등) 가 발생할 수 있음.

1. 빠른 컨텍스트 스위칭

• 쓰레드는 같은 프로세스 내에서 실행되므로 프로세스 간 전환보다 빠르게 실행 가능.

1. 멀티쓰레딩 지원

• 하나의 프로세스에서 여러 개의 쓰레드를 동시에 실행하여 멀티태스킹을 가능하게 함.

• 다만, 멀티 쓰레딩 환경에서는 동기화 문제가 발생할 가능성이 높음 -> Mutex(뮤텍스), Semaphore(세마포어), Lock 등을 이용한 동기화가 필요함.

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프로세스와 쓰레드 동작 방식

1. 프로세스 생성 방식

운영체제에서 프로세스를 생성하는 대표적인 방법은 fork() 시스템 콜을 이용하는 것임.

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("Before fork\n");
    
    pid_t pid = fork(); // 새로운 프로세스 생성 
    
    if(pid == 0){
        printf("Child Process: PID = %d\n", getpid());
    } else {
        printf("Parent Process: PID = %d\n", getpid());
    }
    
    return 0;
}

✔ fork()를 호출하면 부모 프로세스가 새로운 자식 프로세스를 생성한다. ✔ 부모와 자식 프로세스는 서로 다른 메모리를 가지므로 독립적으로 실행됨.

2. 쓰레드 생성 방식(C, POSIX Threads)

멀티쓰레딩을 구현할 때 pthread 라이브러리를 사용할 수 있다.

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

void *thread_function(void *arg) {
    printf("Hello from thread!\n");
    return NULL;
}

int main(){
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, NULL, thread_function. NULL);
    pthread_join(thread, NULL);
    
    printf("Main thread finished.\n");
    return 0;
}

pthread_create() 를 사용하여 새로운 쓰레드를 생성함.

pthread_join() 을 사용하여 생성된 쓰레드가 종료될 때까지 기다림.