7 Thread in Software

소프트웨어 측면에서의 스레드(Thread)는 프로세스 내에서 실행되는 독립적인 실행 흐름을 나타냅니다. 

각각의 스레드는 프로세스 내에서 공유된 자원에 대한 독립적인 코드 실행 흐름을 가지며, 이들은 서로 다른 스레드 간에 데이터 및 자원을 공유할 수 있습니다. 이는 멀티스레딩(Multithreading)이라고 불리는 프로그래밍 패러다임의 핵심입니다.

 

스레드의 주요 구성요소

1. 프로그램 카운터 (Program Counter)
   각 스레드는 실행 중인 코드의 위치를 나타내는 프로그램 카운터를 가지고 있습니다. 이는 다음에 실행할 명령어의 주소를 가리킵니다.
2. 레지스터 (Registers)
   스레드는 레지스터 세트를 가지고 있습니다. 레지스터는 데이터를 일시적으로 저장하고 처리하는 데 사용되며, 스레드 간 전환 시 현재 상태를 저장하고 복원하는 데에 중요한 역할을 합니다.
3. 스택 (Stack)
   각 스레드는 자체 스택을 가지고 있습니다. 스택은 메소드 호출 및 로컬 변수의 저장에 사용되며, 스레드 간의 함수 호출 및 복귀에 필요한 정보를 저장합니다.
4. 스케줄링 정보 (Scheduling Information)
   운영체제는 스레드를 관리하기 위해 스케줄링 정보를 유지합니다. 이 정보에는 스레드의 우선순위, 상태 (대기, 실행, 종료 등), 스케줄링 정책과 관련된 정보 등이 포함됩니다.
5. 스레드 식별자 (Thread Identifier)
   각 스레드는 고유한 식별자를 가지고 있습니다. 이 식별자를 통해 운영체제 및 프로그램에서 특정 스레드를 식별하고 제어할 수 있습니다.
6. 공유 자원 (Shared Resources)
   멀티스레딩 환경에서는 스레드가 소프트웨어 자원을 공유할 수 있습니다. 이는 주로 데이터 구조, 파일, 네트워크 연결 등과 같은 자원을 포함합니다.
7. 쓰레드 로컬 저장소 (Thread-Local Storage, TLS)
   일부 스레드는 자신만의 로컬 저장소를 가질 수 있습니다. 이 저장소에는 스레드별로 고유한 데이터를 저장할 수 있습니다.
8. 상태 (State)
   스레드는 실행 중인지, 대기 중인지, 종료된 상태인지 등을 나타내는 상태 정보를 가지고 있습니다.

*리눅스 운영체제에서는 프로세스와 스레드를 구분하지 않고 사용

 

 

---

 

멀티 프로세스(Multiprocessing)와 멀티 스레드(Multithreading)

멀티 프로세스(Multiprocessing)와 멀티 스레드(Multithreading)는 병렬 및 동시성 프로그래밍을 위한 두 가지 주요 방식입니다. 각각은 자체적인 특징과 장단점을 가지고 있습니다.

1) 멀티 프로세스 (Multiprocessing)
멀티 프로세스는 여러 개의 독립적인 프로세스가 서로 다른 메모리 공간에서 실행되는 것을 의미합니다. 각 프로세스는 운영체제에 의해 독립적으로 관리되며, 각각이 자체 주소 공간을 가지고 실행됩니다.

• 자원 공유 및 통신: 일반적으로는 프로세스간의 정보 공유를 하지 않지만 엄밀히 따지면, 멀티 프로세스 간에는 명시적인 IPC(Inter-Process Communication) 메커니즘이 작동되기도 합니. 이는 프로세스 간의 데이터 공유와 통신을 위한 메커니즘을 말합니다.
• 안정성: 하나의 프로세스가 충돌하더라도 다른 프로세스에는 영향을 미치지 않기 때문에 안정성이 높습니다. 하지만 프로세스 간 통신의 복잡성과 오버헤드가 있을 수 있습니다.
• 병렬성: 멀티 프로세스는 여러 프로세서에서 병렬로 실행될 수 있기 때문에 병렬성을 확보할 수 있습니다.
• 구현 난이도: 프로세스 간의 통신 및 동기화를 관리해야 하므로 구현이 상대적으로 복잡할 수 있습니다.

 

2) 멀티 스레드 (Multithreading)정의: 멀티 스레드는 하나의 프로세스 내에서 여러 개의 스레드가 공유된 메모리 공간에서 동작하는 것을 의미합니다. 스레드는 프로세스의 자원을 공유하면서 병렬로 실행될 수 있습니다.

• 자원 공유 및 통신: 스레드는 같은 프로세스 내에서 실행되므로 별도의 IPC 메커니즘이 필요하지 않습니다. 그러나 스레드 간의 동시성 문제에 대한 신경써야 합니다.
• 안정성: 하나의 스레드가 충돌하면 해당 프로세스 내의 다른 스레드에도 영향을 미칠 수 있습니다. 스레드 간 동기화에 주의해야 합니다.
• 병렬성: 멀티 스레드는 여러 스레드가 동시에 실행되므로 병렬성을 확보할 수 있습니다.
• 구현 난이도: 스레드 간의 동기화 및 경쟁 조건 등을 관리해야 하므로 구현이 일부 난해할 수 있습니다.

3) 선택 기준

멀티 프로세스는 안정성이 높고 독립성이 보장되지만, 메모리 및 자원 소비가 크고 프로세스 간 통신이 복잡합니다. 멀티 스레드는 자원 효율적으로 사용하며 프로세스 간 통신이 단순하지만, 동기화와 관련된 문제에 주의해야 합니다.

 

---

Thread: An independent execution flow within a process that can access shared resources, serving as a small unit of execution.

Multiprocessing: A programming paradigm where multiple independent processes run in parallel, each in its own memory space, providing high stability at the cost of increased resource consumption.

Multithreading: A programming paradigm where multiple threads within a single process run concurrently in shared memory space, offering resource efficiency but requiring careful synchronization between threads.