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⚙️ [운영체제] 스레드란 무엇인가?

BlogFlow 2025. 7. 1. 18:00
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4️⃣ 스레드와 병렬 처리 - 스레드의 개념과 필요성

📌 스레드란 무엇인가? (What is a Thread?)

1️⃣ 스레드의 기본 개념

  • 스레드(Thread)는 프로세스 내에서 실행되는 가장 작은 실행 단위이다.

하나의 프로세스는 하나 이상의 스레드로 구성될 수 있으며,

각 스레드는 CPU 명령을 순차적으로 수행할 수 있는 독립적인 흐름을 가진다.

📌 쉽게 말해, "프로세스는 프로그램의 껍데기, 스레드는 그 안에서 일하는 작업자"라고 할 수 있다.

2️⃣ 프로세스와 스레드의 차이점

항목 프로세스(Process) 스레드(Thread)
기본 단위 자원(Resource) 관리의 기본 단위 실행(Execution)의 기본 단위
주소 공간 독립적인 주소 공간을 가짐 프로세스 내 주소 공간을 공유
생성 비용 무겁고 복잡 (시스템 자원 복제) 가볍고 빠름 (주소 공간 공유)
종료 영향 한 프로세스가 죽으면 모든 스레드가 종료됨 하나의 스레드만 종료해도 나머지는 계속 동작 가능
자원 공유 자원은 독립적 자원은 공유됨 (힙, 데이터 영역 등)
통신 방식 IPC 필요 (파이프, 소켓, 공유 메모리 등) 메모리 공유로 직접 통신 가능

3️⃣ 스레드의 구성 요소

항목 설명
프로그램 카운터 (PC) 현재 실행 중인 명령어 주소
레지스터 값 CPU 상태 정보
스택(Stack) 함수 호출, 지역 변수 저장 공간 (각 스레드는 자신만의 스택을 가짐)
상태 정보 실행 중, 대기 중, 종료 상태 등

스레드는 코드, 데이터, 힙 영역은 프로세스 내에서 공유,

스택은 각 스레드가 개별로 사용한다.

4️⃣ 왜 스레드가 필요한가? (필요성)

✅ 1. 멀티태스킹과 병렬 처리 지원

  • 하나의 프로그램 내에서 동시에 여러 작업을 수행 가능
  • 예: 웹 브라우저에서 탭마다 독립적으로 작동

✅ 2. 시스템 자원 절약

  • 새로운 프로세스를 생성하는 것보다 훨씬 적은 자원으로 실행 흐름 생성 가능
  • 메모리, 컨텍스트 스위칭 비용 절감

✅ 3. 빠른 문맥 전환 (Context Switching)

  • 동일한 주소 공간 내에서 전환되므로 프로세스 간 전환보다 훨씬 빠름

✅ 4. 데이터 공유가 용이함

  • 프로세스 내부의 데이터(전역 변수, 힙 등)를 모든 스레드가 공유
  • 별도 IPC 필요 없음 → 성능과 구현 간결성 증가

✅ 5. 반응성 향상

  • 사용자 인터페이스(UI)와 백그라운드 연산을 분리하여 비동기적 처리 가능
  • 예: GUI 앱에서 UI 멈춤 없이 파일 다운로드

5️⃣ 단일 스레드 vs 멀티 스레드 구조

🔹 단일 스레드 (Single Threaded)

  • 한 번에 한 작업만 처리
  • I/O 등 블로킹 발생 시 전체 프로그램이 멈춤

🔹 멀티 스레드 (Multi-Threaded)

  • 여러 스레드가 병렬적으로 작업
  • CPU 코어가 여러 개일 경우 진정한 병렬성(parallelism) 제공
  • 코어가 하나라도 동시성(concurrency)을 통해 사용자 체감 성능 향상

6️⃣ 스레드 사용 예시

분야 사용 예
웹 서버 각 클라이언트 요청을 별도 스레드로 처리 (Apache, Nginx 등)
모바일 앱 UI 스레드, 네트워크 스레드, 데이터 처리 스레드 분리
게임 엔진 물리 계산, 렌더링, 사용자 입력을 각각 다른 스레드에서 수행
데이터베이스 서버 쿼리 처리, 연결 유지, 캐싱 등을 개별 스레드로 관리

7️⃣ 스레드 구현 방식

유형 설명
커널 레벨 스레드(KLT) 운영체제가 직접 관리 (pthreads, Windows thread 등)
사용자 레벨 스레드(ULT) 사용자 라이브러리에서 관리 (Java Green Thread 등)
하이브리드 모델 커널과 사용자 영역이 역할을 나눔 (현대 운영체제 대부분)

현대 리눅스는 POSIX Thread (PThread) API를 제공하며, 커널 수준에서 스레드를 관리함.

8️⃣ 스레드의 단점과 고려사항

단점 및 이슈 설명
⚠️ 경쟁 상태 (Race Condition) 여러 스레드가 동시에 같은 데이터에 접근할 경우 충돌 위험
🔒 동기화 문제 락, 뮤텍스, 세마포어 등으로 해결해야 함
🧠 디버깅 어려움 비결정적 실행 흐름으로 인해 재현이 어려움
🧼 하나가 오류 시 전체 영향 같은 메모리를 공유하므로 하나의 스레드 오류가 전체 프로세스에 영향

📌 요약

  • 스레드(Thread)는 프로세스 내에서 실행되는 최소 실행 단위로,

경량화된 프로세스로서 빠르고 효율적인 멀티태스킹 구현을 가능하게 해주는 핵심 기술이다.

  • 💡 하나의 프로세스는 여러 스레드를 포함할 수 있고, 이들은 주소 공간을 공유하면서 독립적인 실행 흐름을 가짐
  • 🚀 스레드는 시스템 자원을 절약하고 문맥 전환 비용을 줄이며 높은 동시성과 반응성을 제공
  • ⚠️ 하지만 동기화, 예외 처리, 디버깅의 어려움 등의 문제도 동반하므로 적절한 설계가 중요하다

스레드는 현대 소프트웨어 개발에서 멀티코어 활용, 네트워크 서버, UI 응답성 확보 등 다양한 분야에서 필수적인 역할을 수행한다.

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