싱글스레드 vs 멀티스레드

1. 프로세스와 스레드의 차이

1-1. 프로세스

• 운영체제로부터 자원을 할당받는 작업의 단위

• 디스크로부터 메모리에 적재되어 운영체제로부터 주소 공간, 파일, 메모리 등을 할당받으며 이것들을 총칭하여 프로세스라고 함

• 함수의 매개변수, 복귀 주소, 로컬 변수와 같은 임시 자료를 저장하는 프로세스 "스택"과 전역 변수들을 저장하는 데이터 섹션, 프로세스 실행 중에 동적으로 할당되는 메모리인 "힙"을 포함

1-2. 스레드

• 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위

• 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행 흐름으로 프로세스 내의 Heap, Data, Code 영역을 공유

• 하나의 프로세스를 다수의 실행 단위인 스레드로 구분하여, 자원을 공유하고 자원의 생성과 관리의 중복성을 최소화하여 수행 능력을 향상시키는 것을 멀티스레딩이라고 함.

• 이 경우 각각의 스레드는 독립적인 작업을 수행해야 하기 때문에 각자의 스택과 PC 레지스터 값을 가지고 있음

2. 싱글스레드와 멀티스레드

2-1. 싱글 스레드

• 하나의 프로세스에서 하나의 스레드 실행

• 하나의 레지스터와 스택으로 표현.

싱글 스레드의 장점

• 자원 접근데 대한 동기화를 신경쓰지 않아도 된다. 여러개의 스레드가 공유된 자원을 사용할 경우, 각 스레드가 원하는 결과를 얻게 하려면 공용 자원에 대한 접근이 통제되어야 하며, 이 작업은 프로그래머에게 많은 노력을 요구하고 많은 비용을 발생시킨다. 단일 스레드 모델에서는 이러한 작업이 필요하지 않다.

• 작업전환 작업을 요구하지 않는다. 작업전환은 여러 개의 프로세스가 하나의 프로세서를 공유할 때 발생하는 작업으로 많은 비용을 필요로 한다.

싱글 스레드의 단점

• 여러 개의 CPU를 활용하지 못한다. 프로세서를 최대한 활용하게 하려면 cluster 모듈을 사용하거나, 외부에서 여러 개의 프로그램 인스턴스를 실행시키는 방법을 사용해야 한다.

• 두 개의 작업을 하나의 스레드로 처리하는 경우와, 두 개의 스레드로 처리하는 경우를 가정했을 때, 후자의 경우는 짧은 시간 동안 2개의 스레드가 번갈아가면서 작업을 수행한다. 그래서 동시에 두 작업이 처리되는 것과 같이 느끼게 된다.

• 하지만 오히여 두 개의 스레드로 작업한 시간이 싱글스레드로 작업한 시간보다 더 걸릴 수도 있는데, 그 이유는 스레드 간의 작업전환(context switching)에 시간이 걸리기 때문이다.

• 따라서 단순히 CPU만을 사용하는 계산작업이라면, 오히려 멀티스레드보다 싱글스레드로 프로그래밍하는 것이 더 효율적이다.

2-2. 멀티 스레드

• 프로그램을 다수의 실행 단위로 나누어 실행.

• 프로세스 내에서 자원을 공유하여 자원 생성과 관리의 중복을 최소화

• 서버가 많은 요청을 효율적으로 수행할 수 있는 환경을 제공

• 각각의 스레드가 고유의 레지스터와 스택으로 표현됨.

멀티 스레드의 장점

• 새로운 프로세스를 생성하는 것보다 기존 프로세스에서 스레드를 생성하는 것이 빠르다.

• 프로세스의 자원과 상태를 공유하여 효율적으로 운영이 가능하다.

• 프로세스의 작업전환보다 스레드의 작업전환이 더 빠르다.

멀티 스레드의 단점

• 하나의 스레드만 실행중일 때는 실행시간이 오히려 지연될 수 있다.

• 멀티 스레딩을 위해 운영체제의 지원이 필요하다.

• 스레드 스케쥴링을 신경써야 한다.