[OS] 프로세스와 스레드

🧵 프로세스와 스레드: 동시성을 지탱하는 운영체제의 핵심

목차

• 1. 프로세스 vs 스레드 (개념과 자원 할당)
• 2. 동시성(Concurrency)과 병렬성(Parallelism)
• 3. 컨텍스트 스위칭(Context Switching)과 비용
• 4. 자바에서의 멀티스레드 구현과 제어
• 5. 핵심 요약 및 카테고리 추천

1. 프로세스 vs 스레드

실행 중인 프로그램은 운영체제로부터 자원을 어떻게 할당받느냐에 따라 프로세스와 스레드로 나뉩니다.

• 프로세스(Process): 운영체제로부터 자원을 할당받는 작업의 단위입니다. 실행 중인 프로그램 그 자체를 의미하며, 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap)을 가집니다.
• 스레드(Thread): 프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위입니다. 프로세스가 할당받은 자원을 공유하며, 별도의 Stack 영역만 따로 가집니다.

✨ 보완: IPC (Inter-Process Communication)
프로세스는 독립된 메모리를 갖기 때문에 서로 데이터를 주고받으려면 별도의 통신 메커니즘(파이프, 소켓, 공유 메모리 등)이 필요합니다. 반면 스레드는 Heap 영역을 공유하므로 통신이 훨씬 간편합니다.

---

2. 동시성(Concurrency)과 병렬성(Parallelism)

• 동시성(Concurrency): 싱글 코어에서 여러 작업을 번갈아 가며 실행하여, 마치 동시에 실행되는 것처럼 보이게 하는 것입니다. (논리적 개념)
• 병렬성(Parallelism): 멀티 코어에서 여러 작업을 물리적으로 동시에 실제로 실행하는 것입니다. (물리적 개념)

👉 멀티 스레드를 활용해 싱글 코어에서는 동시성을 구현하고, 멀티 코어에서는 병렬성을 실현하여 프로그램의 효율을 극대화할 수 있습니다.

---

3. 컨텍스트 스위칭 (Context Switching)

CPU가 한 프로세스(또는 스레드)에서 다른 프로세스로 전환할 때, 현재 상태를 저장하고 새로운 상태를 불러오는 과정을 말합니다.

• 비용 발생: 스위칭이 일어나는 동안 CPU는 아무런 일을 할 수 없으므로, 너무 잦은 스위칭은 오버헤드를 발생시켜 성능을 떨어뜨립니다.
• 스레드의 효율성: 컨텍스트 스위칭은 프로세스보다 스레드를 사용할 때 훨씬 효율적입니다. 공유하는 자원이 많아 교체해야 할 정보량이 적기 때문입니다.

구분	장점	단점
프로세스	독립적이라 안전함 (하나가 죽어도 영향 없음)	스위칭 비용 높음, 자원 공유 복잡(IPC)
스레드	자원 공유로 빠르고 효율적임	공유 자원 동기화 문제, 하나가 죽으면 전체 위험

---

4. 자바에서의 멀티스레드 제어

💡 스레드 생성 방법

자바에서는 Thread 클래스를 상속받거나, Runnable 인터페이스를 구현합니다. 다중 상속이 불가능한 자바 특성상 Runnable 구현 방식을 더 권장합니다.

// 1. Runnable 인터페이스 구현 (권장)
class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() { /* 작업 내용 */ }
}
new Thread(new MyRunnable()).start();

🔐 동기화와 흐름 제어

• synchronized 블록: 여러 스레드가 동시에 같은 자원에 접근할 때 발생하는 데이터 오염을 막기 위한 장치입니다. 해당 블록에 진입하는 스레드는 Lock을 획득합니다.
• Thread.sleep(ms): 현재 스레드를 지정된 시간 동안 일시 정지(Timed Waiting) 상태로 만듭니다.

---

📌 핵심 요약

✅ 한 줄 정리

동시성을 위해 CPU는 컨텍스트 스위칭을 하며 스레드를 번갈아 실행하고, 데이터 충돌을 막기 위해 synchronized로 순서를 지키며, sleep()으로 흐름을 제어합니다.