[운영체제] 프로세스와 스레드

"프로그램이 실행될 때, 내부에서는 어떤 일이 벌어질까?"

 

코드를 실행하면 프로그램이 "돌아간다"고 쉽게 표현하지만,
사실 그 내부에는 프로세스와 스레드라는 구조가 정교하게 움직이고 있습니다.

이 글에서는

• 프로세스와 스레드의 개념
• 차이점
• 실제 컴퓨터에서 어떻게 사용되는지
• 개발할 때 어떤 점을 신경 써야 하는지
  를 하나하나 차근차근 깊게 설명하겠습니다.

프로세스(Process)란 무엇인가?

프로세스(Process)는

실행 중인 프로그램(program)을 의미합니다.

• 하나의 프로그램이 메모리에 올라가서 운영체제(OS)로부터 독립된 자원(메모리, CPU 시간 등)을 할당받고, 실행되는 단위입니다.
• 각 프로세스는 고유한 메모리 공간(코드, 데이터, 스택, 힙 등)을 갖습니다.

예시:

• 메모장에서 .txt 파일을 열면 하나의 프로세스가 생성됩니다.
• 크롬 브라우저를 켜면 탭마다 각각 다른 프로세스가 뜰 수도 있습니다.

프로세스의 특징 요약

항목	설명
독립성	다른 프로세스와 메모리 공간을 공유하지 않음
메모리 구조	코드 영역, 데이터 영역, 스택 영역, 힙 영역 등 분리
생성 비용	새 프로세스를 만들려면 자원을 많이 소비함
통신 방법	프로세스 간 통신(IPC, Inter Process Communication)이 필요

 

스레드(Thread)란 무엇인가?

스레드(Thread)는

프로세스 내부에서 실제 작업을 수행하는 흐름(최소 실행 단위)입니다.

• 하나의 프로세스는 여러 개의 스레드를 가질 수 있습니다.
• 스레드는 코드, 데이터, 힙 메모리를 공유하고,
  자신의 스택(stack)만 별도로 가집니다.

예시:

• 메모장에서 글을 작성하는 동안, 동시에 맞춤법 검사 기능이 작동하는 경우
  → 메모장 프로세스 안에 글 작성 스레드, 검사 스레드가 따로 존재

스레드의 특징 요약

항목	설명
경량성	프로세스보다 훨씬 가볍게 생성, 제거 가능
메모리 공유	프로세스 내부 자원을 공유함
독립성 부족	하나의 스레드 오류로 전체 프로세스가 영향을 받을 수 있음

 

프로세스 vs 스레드: 차이점

비교 항목	프로세스	스레드
정의	실행 중인 프로그램	프로세스 내 작업 단위
메모리 공유	X (완전히 분리)	O (코드, 데이터, 힙 공유)
생성 비용	크다	작다
통신 방법	IPC(복잡함)	메모리 공유(간단함)
안정성	하나 죽어도 다른 프로세스 영향 없음	하나 죽으면 전체 프로세스 죽을 수 있음

 

프로세스와 스레드의 관계

• 프로그램을 실행 → 운영체제가 프로세스를 생성합니다.
• 프로세스는 기본적으로 하나 이상의 스레드를 가지고 시작합니다. (보통 1개)
• 추가 작업이 필요하면 프로세스 안에서 새로운 스레드를 만들어 병렬로 작업을 진행합니다.

구조:

프로그램 → 프로세스(메모리 공간) → 스레드1, 스레드2, 스레드3

멀티프로세스, 멀티스레드

멀티프로세스(Multi-Process)

• 여러 프로세스를 동시에 실행하는 방식.
• 각 프로세스가 독립적이므로 충돌이 적지만, 메모리 사용량이 많음.

예시:

• 크롬 브라우저: 탭마다 다른 프로세스 (한 탭이 죽어도 다른 탭은 살아있음)

멀티스레드(Multi-Thread)

• 하나의 프로세스 안에서 여러 스레드를 동시에 실행하는 방식.
• 메모리를 공유해서 가볍고 빠르지만, 공유자원 문제(동기화 문제)가 생길 수 있음.

예시:

• 게임 프로그램: 렌더링, 네트워크 통신, 입력 처리 등이 각각 스레드로 동작

예시와 실전 활용

상황	선택 전략
안정성이 중요하다	멀티프로세스 선호 (크롬 브라우저, 서버 다중 인스턴스)
성능이 중요하다	멀티스레드 선호 (게임, 실시간 처리)
병렬 데이터 처리	멀티스레드로 데이터 병렬 처리
높은 메모리 소모 감당 가능	멀티프로세스 사용

 

프로세스/스레드 사용 시 주의할 점

• 스레드 동기화 문제
  스레드는 자원을 공유하기 때문에, 서로 충돌을 방지하기 위해 락(Lock), 세마포어(Semaphore) 등을 사용해야 합니다.
• 프로세스 간 통신(IPC) 복잡성
  프로세스는 메모리를 공유하지 않기 때문에 소켓, 파이프, 메시지 큐 같은 방법으로 통신해야 합니다.
• 오버헤드(Overhead) 고려
  멀티프로세스를 쓰면 메모리, 컨텍스트 스위칭 비용이 커질 수 있습니다.
• 죽음 전파 위험성
  스레드 하나가 죽으면 전체 프로세스가 죽을 수 있으므로 예외처리나 안전장치를 마련해야 합니다.

마무리 요약

구분	프로세스	스레드
정의	실행 중인 프로그램	프로세스 내 작업 흐름
독립성	강함	약함
메모리 구조	완전 분리	코드, 데이터, 힙 공유
생성/관리 비용	높음	낮음
주의사항	IPC 복잡성	동기화 이슈

 

프로세스/스레드 관련 주요 용어 정리

용어	설명
Context Switching	CPU가 작업 중인 스레드/프로세스를 다른 것으로 전환하는 과정
Deadlock(교착 상태)	둘 이상의 스레드가 서로의 자원을 기다리다가 영원히 멈추는 현상
Race Condition	여러 스레드가 동시에 공유 자원에 접근해서 순서가 엉키는 문제

 

마치며

프로세스와 스레드는 운영체제, 서버 프로그래밍, 게임, 브라우저, 앱 모든 분야의 핵심입니다.
단순히 "프로세스는 무겁고 스레드는 가볍다" 수준을 넘어,
메모리 구조, 통신 방식, 동기화 문제까지 깊이 이해하고 있어야
실제 개발에서도 오류 없이 견고한 시스템을 만들 수 있습니다.