⚙️ 프로세스(Process) / 스레드(Thread) 개념 정리

📌 요약

• 프로그램: 어느 작업을 하기 위해 실행될 수 있는 파일
• 프로세스: 메모리에 올라가고, 운영체제로부터 CPU를 할당받아 실행 중인 프로그램
• 스레드: 프로세스 내에서 독립적으로 실행되는 흐름 단위

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✅ 프로세스 (Process)

프로세스는 실행 중인 프로그램을 의미합니다.

 

그럼 프로그램은 무엇일까요? 프로그램은 컴퓨터에서 실행할 수 있는 파일을 말합니다.

다만 아직 파일을 실행하지 않았으므로 그냥 특정한 작업을 위해 작성된 코드 덩어리일 뿐입니다.

 

운영체제가 사용자의 실행 요청에 의해 디스크에 있는 프로그램을 메모리에 올리고 실행하면 하나의 프로세스가 됩니다.

 

 

디스크 내에서 일반적으로 프로그램은 text, data, bss로 구성되어 있었습니다.

text(code)	코드. CPU가 실제로 실행할 기계어 명령어의 모음.
data	초기화된 자료 구역. int count =100; 처럼 선언과 초기화가 된 전역/정적 변수를 의미.
bss	초기화되지 않은 자료 구역. 값은 없고 공간만 정의되어 있음.

 

 

이 프로그램이 메모리 공간으로 올라가면서 stack과 heap 영역 공간이 메모리에서 동적 생성됩니다.

stack	지역 변수와 같이 호출한 함수가 종료되면 되돌아올 임시적인 자룔를 저장하는 영역. 함수의 호출이 완료되면 소멸됨. 자동으로 관리됨.
heap	런타임에 new 등으로 할당 되는 동적 메모리. 사용자(개발자)에 의해 메모리 공간이 동적으로 할당되고 해제됨.

 

또한 Process Control Block(PCB)이 추가되는데, 말 그대로 프로세스를 관리하는 블록으로 프로세스 ID, 메모리 주소 등의 정보를 가지고 있습니다.

운영체제는 이 PCB를 통해 해당 프로세스에 대한 정보를 얻고 프로세스를 관리합니다.

 

이 모든 메모리 구조(text, data, bss, heap, stack)를 program image라고 하며, 여기에 환경 변수 등 runtime 설정 정보(environment)가 함께 구성되어 프로세스의 메모리 공간을 이룹니다.

 

이후 운영체제가 CPU를 해당 프로세스에 할당하여 코드를 실행합니다.

 

 

프로그램과 프로세스의 개념을 간단하게 정리하자면 다음과 같습니다.

• 프로그램: 어떤 작업을 하기 위해 실행할 수 있는 파일
  • 디스크 내에 저장되어 있지만, 메모리에 올라가있지 않는 코드 덩어리
• 프로세스: 실행되어 작업 중인 프로그램
  • 메모리 내에 적재되고, CPU 자원을 할당받아 실행되고 있는 상태
  • 프로세스끼리는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근할 수 없

📌 프로세스 구조

text(code)	코드. CPU가 실제로 실행할 기계어 명령어의 모음
data	초기화된 자료 구역 int count =100; 처럼 선언과 초기화가 된 전역/정적 변수를 의미
bss	초기화되지 않은 자료 구역 int count;처럼 값은 없고 공간만 정의되어 있음
stack	지역 변수와 같이 호출한 함수가 종료되면 되돌아올 임시적인 자룔를 저장하는 영역. 함수의 호출이 완료되면 소멸됨. 자동으로 관리됨.
heap	런타임에 new 등으로 할당 되는 동적 메모리. 사용자(개발자)에 의해 메모리 공간이 동적으로 할당되고 해제됨.
PCB	Process Control Block. 프로세스 ID, 메모리 주소 등의 정보를 포함하고 있음.

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✅ 스레드 (Thread)

스레드는 프로세스 안에서 독립적으로 실행되는 흐름의 단위입니다.

 

이해하기 쉬운 예로 크롬 브라우저가 있습니다.

크롬이라는 프로그램을 실행하면, 하나의 프로세스가 생성됩니다.

이 크롬에서 우리는 인터넷 기사를 읽기도, 다른 창에서 유튜브를 보기도 하고, 또 다른 창에서 게임을 하기도 하며 여러 일을 할 수 있습니다.

 

즉, 하나의 프로세스 안에서 여러 작업들이 동시에 진행되는데 이 작업들은 서로 독립적입니다.

하나의 프로세스 안에 여러 스레드들이 있고, 이론적으로는 스레드 수가 많을 수록 동시에 할 수 있는 작업이 많아집니다.

(실제로는 병렬로 수행되는 스레드 수는 CPI 코어 수에 따라 제한됩니다.)

 

프로세스 내에서 스레드로 동시 작업이 가능한 것은 스레드끼리 프로세스의 자원을 공유하기 때문입니다.

 

프로세스의 메모리 영역 중 text, data, heap은 다른 스레드들끼리 서로 공유되고

stack 영역은 스레드마다 새롭게 할당받아 별도의 stack을 가집니다.

stack은 함수 호출 시 전달되는 인자나 지역 변수 등을 저장하는 공간으로 독립적인 스택을 가짐으로써 스레드는 독립적으로 함수를 호출할 수 있고, 독립적인 실행 흐름을 가질 수 있게 됩니다.

 

별도의 stack을 가지고 있지만 heap 메모리는 프로세스의 heap 영역을 모두 공유하기 때문에

서로 다른 스레드에서 가져와 읽고 쓸 수 있습니다.

 

프로세스끼리는 서로 독립된 메모리 공간을 사용하므로 서로 영향을 끼치지 않지만

스레드들은 프로세스의 메모리를 공유하기 때문에, 하나의 스레드가 잘못된 메모리 접근이나 예외를 발생시키면 다른 스레드에도 영향을 주어 전체 프로세스가 불안정해질 수 있습니다.

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참고자료

• 완전히 정복하는 프로세스 vs 스레드 개념
• 스레드(Thread), 멀티스레드(Multi-Thread)!
• 프로세스, 스레드(싱글, 멀티스레드)
• 기술 면접 준비 3. 멀티 스레드(+프로세스와 스레드)