개발자 유니의 두 번째 뇌

유튜버 쉬운코드 님의 운영체제 강의를 정리한 내용

프로세스/스레드

프로그램 (program)

프로세스 (process)

CPU (Central Processing Unit)

메인 메모리 (Main Memory)

IO (Input / Output)

단일 프로세스 시스템

한 번에 하나의 프로그램만 실행되는 시스템
- 다른 프로그램을 실행하려면 먼저 실행 중인 프로그램을 종료시키고 그 다음 프로그램을 실행해야함
- 아주 초창기의 시스템 모델

단점 : CPU 사용률이 좋지 ❌
- 어떤 프로그램 P1은 CPU을 사용하기도 하고 IO 작업을 하기도 함
- P1이 IO 작업을 하는 동안 CPU는 그냥 놀고있음
이게 단일 프로세스 시스템의 단점
- 실행 중에 있는 프로세스가 IO 작업을 하는 동안 CPU가 아무것도 안하고 노는 것

멀티 프로그래밍 (Multi Programming)

멀티태스킹 (multitasking)

멀티 프로그래밍과 유사하지만, CPU 타임을 아주 짧게 쪼개서, 그 CPU 타임 안에서 프로세스들이 번갈아 CPU를 사용할 수 있게 만들었다는 점에서 차이가 있음
- 아주 짧은 시간(=quantum)은 ms 단위까지 time slot이 아주아주 짧게 구분됨
- time slot 시간 안에서만 각 프로세스들이 CPU를 최대한 사용할 수 있게 됨
멀티태스킹은 프로세스의 응답 시간을 최소화 시키는데 목적
- 일반 사용자가 느끼기에는 마치 여러 프로그램이 동시에 실행되는 것처럼 느끼게 함

멀티태스킹의 아쉬움

하나의 프로세스가 동시에 여러 작업을 수행하지는 ❌
- 여러 프로세스를 만들어서 실행시킬 수 있겠지만, 프로세스를 여러 개 만들어서 실행시키기에는 컨택스트 스위칭 같은 단점이 있음
프로세스의 컨택스트 스위칭은 무거운 작업
- 컨택스트 스위칭은 CPU에서 실행되기 위해서 어느 한 프로세스에서 다른 프로세스로 교체되는 것을 의미
프로세스끼리 데이터 공유가 까다로움
- 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가지기 때문
듀얼 코어가 등장했는데, 잘 쓰기 어려움

→ 이런 멀티태스킹 아쉬움 문제의 해결책이 바로 스레드(Thread)

스레드(Thread)

지금 이야기 하는 것은 OS Level에서의 스레드
User Level에서의 스레드도 있음

오늘날의 프로세스는 기본적으로 최소 1개의 스레드를 가짐
스레드가 CPU/코어에서의 실행되는 기본 단위이기 때문

메모리 구조 비교 (싱글 스레드 vs 멀티 스레드)

지금 보이는 메모리 구조가 1개의 프로세스가 할당받은 메모리 영역
같은 프로세스에 속한 스레드들은 그 프로세스의 메모리 영역을 공유
- Heap 영역은 공유 🟢
- 자신만의 고유한 영역인 Stack은 공유 ❌
- 각각의 스택을 가리키는 stack pointer, PC는 공유 ❌
- PC (Program Counter)는 다음번에 실행되어야 할 명령어가 있는 메모리 주소를 가리킴

ex) CPU 코어 1개의 경우