[OS] 멀티 태스킹, 멀티 스레딩, 멀티 프로세싱, 멀티프로그래밍 차이점 공부하기

 

멀티 태스킹, 멀티 스레딩, 멀티 프로세싱 공부하기

 

 

관련 개념정리

1. 프로세스

2.CPU

3.메인메모리

4.I/O

 

 

프로세스

-컴퓨터에서 실행중인 프로그램

-각각의 프로세스는 독립된 메모리 공간을 할당 받는다.
-각각의 메모리공간에 명령어들과 데이터를 가진다.

 

CPU

-명령어를 실행하는 연산장치

 

메인메모리

-프로세스가 CPU에서 실행되기 위해 대기하는 곳

 

 

IO(input/output)

-파일을 읽고쓰거나 네트워크의 어딘가와 데이터를 주고 받는 것
-입출력 장치와 데이터를 주거나 받는 것

 

 

단일 프로세스 시스템

-한번에 하나의 프로그램만 실행됨

 

단일 프로세스 시스템 단점

-CPU 사용률이 좋지 않음
-I/O작업을 할 때 CPU가 가동되지않음.

 

 

해결책 : 멀티프로그래밍

-여러개의 프로그램을 메모리에 올려놓고 동시에 실행시키자
-I/O작업이 발생하면 다른 프로세스가 CPU에서 실행됨.

 

 

 

 

멀티 프로그래밍

CPU 사용률을 극대화시키는데 목적

 

 

멀티프로그래밍의 단점

CPU 사용시간이 길어지면 다른 프로세스는 계속대기
P1의 시간이 계속길어지면 P2는 계속 대기만해야한다.

 

 

해결책 : 멀티 태스킹

프로세스는 한번 CPU를 사용할 때 아주 짧은 시간(퀀텀(연속적이지않음))만 CPU에서실행되도록 하자

 

 

예제)
프로그램 P1,P2과 CPU가 있을때

각 프로세스가 퀀텀(ms)로 매우 짧은 시간동안 실행된다. 

각 프로세스들이 최대한의 CPU를 이용할 수 있다.

 

멀티태스킹

동시에 여러 프로그램을 실행시킨다는 면에서 멀티프로그래밍과 유사

CPU타임을 아주아주 짧게 쪼개서 CPU타임마다 프로세스들이 교대로 번갈아가면서 실행된다는 점에서 차이점

그 결과 프로세스의 동작에 대한 반응이 즉각적으로 이뤄진다.

목적

프로세스의 응답시간을 최소화 시킨다.

 

남아있는 아쉬움

1.하나의 프로세스가 동시에 여러작업을 수행하지는 못함

2.프로세스의 컨텍스트 스위칭을 무거운 작업
 -> 하나의 프로세스를 여러개의 프로세스로 나눠서 작업하지 않는 이유

 

(컨텍스트 스위칭)

(CPU에서 한 프로세스에서 다른 프로세스로 교체되는 것)


3.프로세스끼리 데이터 공유가 까다로움
->프로세스는 독립된 메모리공간을 할당받기 때문이다.


4.듀얼 코어가 등장했는데 잘 쓰고 싶음

(CPU 제조사에서 하나의 CPU성능을 계속높이는 것이 발열이슈등으로 어려워지자, 하나의 CPU안에 2개의 코어를 둬서 전체의 성능을 높이는 방향으로 전환함. )

해결책 : 스레드

스레드가 나온 배경
한 프로세스 안에서 여러 개의 작업들을 동시에 실행하기 위한 목적.

여러개의 작업들을 하나씩 맡는 것이 스레드

 

스레드 특징

1.프로세스는 한 개 이상의 스레드를 가질 수 있다.

2. CPU에서 실행되는 단위.

3. 같은 프로세스의 스레드들끼리 컨텐스트 스위칭은 가볍다.

4. 자신들이 속한 프로세스의 메모리 영역을 공유한다.

-> 스레드들은 각 메모리안에서 힙 메모리는 공유하지만 스택은 공유하지않는다.(스레드마다 별도의 스택이 따로있다. 그리고 각각의 스택을 가리키는 포인터들도 따로있다.) 
그러니까 같은 프로세스에 속한 스레드들은 그 프로세스의 메모리 영역을 공유한다. 그렇더라도 스레드만의 고유한 영역도 있다. 

 

예제1) 단일 코어 CPU와 스레드가 2개인 프로세스 1개가 있다.

-> 멀티태스킹처럼 동작
아주 짧은 시간동안 번갈아가면서 동작


예제2) 코어가 2개인 CPU와 스레드가 2개인 프로세스 1개가 있다

-> 각각의 코어에 1개씩 스레드가 실행된다. 진정한 동시. 병렬적으로 실행

 

멀티스레딩

하나의 프로세스가 동시에 여러 작업을 실행하는데 목적

  

확장된 멀티태스킹 개념

기존 의미
-> 프로세스끼리의 아주 짧은시간 안의 스위칭

새로운 의미
-> 여러 프로세스와 여러 스레드가 아주 짧게 쪼개진 CPU time을 할당해서 여러 프로세스가 동시에 실행되는 것처럼 만드는 것(동시성)

멀티프로세싱

-> 2개 이상의 코어를 사용해서 여러 프로세스나 스레드가 동시에 실행되도록 하는 시스템 (병렬성)

 

 

예제1) 싱글코어 CPU에 싱글스레드 프로세스 2개

-> 1개의 코어에 2개의 프로세스 할당

-2개의 프로세스가 1개의 CPU를 나눠서 쓴다 -> 멀티태스킹O

-싱글스레드 -> 멀티스레딩X

-CPU코어 1개 -> 멀티 프로세싱X
(2개이상의 코어에서 여러 프로세스나 스레드가 실행되어야함.)

 

예제2) 싱글코어 CPU에 듀얼스레드 프로세스 1개

->1개의 코어에 2개의 스레드 할당

-CPU 1개로 나눠서 써야된다 -> 멀티태스킹O

-듀얼스레드-> 멀티스레딩O

-CPU코어 1개 -> 멀티프로세싱X

 

예제3.듀얼코어 CPU에 싱글스레드 프로세스 2개

->1개의 코어가 각각 1개의 프로세스를 맡아서 실행

 

-코어 1개씩 봤을때 경합하는 과정이 없다 -> 멀티태스킹X

-싱글스레드 -> 멀티스레딩X

-CPU 코어2개 ->멀티프로세싱O

 

예제4. 듀얼코어 CPU에 듀얼스레드 프로세스 1개

->코어 1개가 스레드 1개씩 맡아서 동작

-각각의 코어가 1개의 스레드만 맡아 동작하므로 경합하는 것이 없다. -> 멀티태스킹X

-듀얼 스레드 -> 멀티스레딩O

-CPU 코어2개 -> 멀티프로세싱O

 

예제5. 듀얼코어 CPU에 듀얼 스레드 프로세스 2개

예제5-1)각 코어에 듀얼스레드 프로세스 1개씩 할당

-각 코어가 2개이상의 스레드를 경합 -> 멀티태스킹O

-듀얼스레드 -> 멀티스레딩O

-CPU 코어2개 -> 멀티프로세싱O


예제5-2)각 코어에 스레드 1개씩 프로세스 2개할당 

-각 코어가 경합하는 과정 -> 멀티 태스킹O

-듀얼 스레드(1개의 프로세스가 2개의 스레드로 동작) -> 멀티 스레딩O

-CPU 코어2개 -> 멀티프로세싱O