Process & Thread

0. 들어가면서

• Spring에 대해 다시 한 번 공부하면서 개발자라면 필수적으로 알아야하는 Thread와 Process의 기본적인 개념에 대해서 다시 한 번 정리하고자함

Program

파일이 저장 장치에 저장되어 있지만 메모리에는 올라가 있지 않은 정적인 상태

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1. Process

운영체제로부터 자원을 할당받은 작업의 단위

1.1 What is Process ?

• 운영체제가 메모리 등의 필요한 자원을 할당해준 실행 중인 Program
• Program의 Instance
• 운영체제로부터 각각 독립된 memory 영역(code, data, stack, heap)을 할당 받음
• Process는 하나 이상의 Thread를 가짐
• 기본적으로 하나의 Process 생성시 하나의 Thread가 같이 생성됨(Main Thread)
• 각각의 Process는 서로의 memory에 접근할 수 없음(IPC를 이용하여 접근 가능)

1.2 Structure(memory)

• stack : 지역, 매개 변수 같은 임시적인 데이터가 담기는 영역
• heap : Runtime때 동적으로 memory를 할당받는 영역
• data : 전역, 정적 변수가 담기는 영역
• text/code : 실행할 Program 코드

1.3 MultiProcess

하나의 Program에서 여러 개의 Process로 구성하여 각 Process가 하나의 작업을 처리하도록 하는 방식

• 장점
  • 자식 Process에서 문제 발생시 자식 Process만 kill됨
• 단점
  • Context Switching에서의 오버헤드가 발생할 수 있음
    • CPU에서 여러 Process를 돌아가면서 작업을 처리하는 과정
    • Process는 각각의 독립된 memory 영역을 할당 받음
    • 따라서 매번 Cache에 있는 모든 데이터를 모두 리셋하고 다시 캐쉬정보를 불러와야함

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2. Thread

프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 흐름의 단위

2.1 What is Thread ?

• Process 내에서 Process의 자원을 이용하여 실제로 작업을 수행
• 동일한 Process 내에서 code, data, heap 영역을 공유함
• 각각의 Thread는 독자적인 stack memory를 갖음
• 한 Thread의 자원을 변경하면 다른 이웃 Thread도 변경됨

2.2 How to create Thread

• Runnable interface를 구현(implements) 하는 방법
• Thread를 상속(extends) 하는 방법

Runnable Interface

package java.lang;

@FunctionalInterface
public interface Runnable {

    public abstract void run();
}

public class MyThread implements Runnable {

  @Override
  public void run() {
    //my Thread example logic
  }

}

Thread Class

package java.lang;

public class Thread implements Runnable {
    //Thread class codes
}

public class MyThread extends Thread {

  @Override
  public void run() {
    //my Thread example logic
  }

}

2.3 Single Threaded Process & MultiThreaded Process Structure(memory)

• 동일 Prcocess 내의 Thread들은 code, data, files를 공유함
• Thread는 각각의 registers, stack을 가짐

2.4 MultiTherad

하나의 Program을 여러 개의 Thread로 구성하고 각 Thread로 하나의 작업을 처리하도록 하는 방식

• 장점
  • 동일한 Process의 자원을 Thread들은 서로 공유(stack 영역을 제외한 모든 memory)
    • 자원 할당을 위한 System call이 적음
    • 통신의 부담이 적음(Context Switching이 빠름)
    • 통신 비용이 줄음(IPC보다 통신 부담이 적음)
• 단점
  • Thread간의 자원 공유로 인한 문제 발생
    • Synchronization Issue(동기화 문제)
    • 잘못된 변수 공유로 인한 오류 발생
    • 하나의 Thread로 인한 전체 Process 영향

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3. Process vs Thread

• memory의 공유 여부
• 영향성(동기화 문제) vs 자원의 효율성, 처리량

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