내 컴퓨터는 어떻게 동시에 많은 일을 할까? (OS-2)

in Development

내 컴퓨터는 어떻게 카톡도 보고 유투브도 보고 동시에 일을 할 수 있는지

Thread

  • a lighit weight process
  • 프로세스의 실행 단위
  • thread id, program counter, register set, stack
  • 같은 프로세스에 속한 다른 스레드와 code, data heap 영역 공유
  • register, stack, program counter는 공유 ❌ image

❗️ Process vs Thread

  • Process
    • 실행하고 있는 프로그램
    • OS로부터 메모리 자원을 할당받아 CPU를 할당받아 실행되는 것
    • 메모리 자원은 code, data, heap, stack영역이 있음
    • 프로세스 간에 자원(메모리)공유 안함
  • Thread
    • 한 프로세스의 실행 단위
    • 스레드 간 자원(메모리)공유함
    • 한 프로세스에서 code, data, heap 영역은 공유하지만 stack영역은 독립적으로 할당 받음

OS에서의 동시에

  • ⭐️⭐️⭐️ Concurrency
    • CPU core가 1개 일 때 짧은 시간동안 왔다갔다 번갈아가면서 수행해서 time sharing 시스템으로 마치 동시에 실행되고 있는 것 처럼 보이는 것
  • Parallelism
    • 여러 CPU 코어로 각각 연산해서 동시에 실행하는 것

Context Switch

  • Context
    • 프로세스의 실행 상태를 나타내는 정보
    • register의 현재 값, Program counter, Stack pointer 등
    • PCB에 저장됨
  • Scheduling
  • Context Switch
    • 실행중인 프로세스에서 새로운 프로세스로 CPU 제어권을 변환하는 과정
    • 실행중이던 프로세스의 PCB는 저장하고 새로운 프로세스의 PCB를 읽어서 state를 복구함

Multi Programming & Multi Processing & Multi Threading

  • Multi Programming
    • (1개의) CPU를 계속 일하게 하자
    • 프로세스 A가 I/O 작업을 수행하는 동안에는 CPU가 프로세스 B를 실행하도록 전환, 하나의 CPU에서 여러 프로세스가 시간을 나눠서 실행(Concurrency of time sharing)
  • Multi Processing
    • 2개 이상의 process가 동시에 실행되는 것
    • 1개의 CPU
      • Concurrency -> time sharing -> context switch
    • 여러 core의 CPU
      • Parallel
      • 진짜 동시에 수행
  • Multi Threading
    • 한 프로세스 내에서 여러개의 실행 단위인 스레드가 실행 되는 것
    • 마찬가지로 1개의 cpu에서 time sharing 시스템 을 이용해서 동시에 실행될 수 있고 여러 core의 cpu로 병렬적으로 동시에 실행될 수 있다.
    • cpu는 한번에 하나의 스레드만 실행할 수 있다.
  • Multi Process vs Multi Thread
    • Multi Process
      • 많은 메모리 공간 & CPU 시간 차지
      • 다른 process에 영향을 안줘서 안정성 높음
      • Context switching 느림
    • Multi Thread
      • 적은 메모리 공간 & CPU 시간 차지
      • 동기화 문제, 전체 스레드가 잘 못 될 위험이 있음
      • Contexst switching 빠름(캐시 메모리를 초기화할 필요가 없어서)
      • 동기화 문제
        • 서로 다른 thread는 stack영역을 제외하고 메모리영역을 공유하기 때문에 동일한 자원에 동시에 접근하여 잘못된 값을 읽거나 수정하는 경우
      • Heap 영역을 이용하여 다른 thread와 통신함
    • 메모리 구분이 필요할 때 -> Mult Process
    • Context switching이 빈번할 때 -> Multi Thread
    • 데이터 공유가 빈번하고 자원을 효율적으로 사용해야 할 때 -> Multi Thread
    • 통신(IPC)에 의한 오버헤드를 줄이고 싶을 때 -> Multi Thread

내 컴퓨터는 어떻게 카톡도 보고 유튜브도 보고 동시에 일을 할 수 있을 까?

  • 카톡 메세지 보면서 유튜브를 볼 수 있음(앱들이 다를 때) -> 멀티 프로세싱
  • 카톡을 사용하는데, 긴 동영상 메세지를 보내면서 다른 채팅방에서 메세지를 수신할 수 있음(하나의 앱에서) -> 멀티 스레딩

🤔 다음 포스팅은 멀티 프로세스 & 스레드가 어떻게 서로 통신하는지, 멀티 프로세싱 & 스레딩 상황에서 발생할 수 있는 문제들에 대해 알아보자!