스레드(Thread)

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스레드는 프로세스(process) 내에서 실제로 작업을 수행하는 실행 단위이다.

스레드(Thread)란?

스레드(Thread)는 프로세스(Process) 내에서 실제로 작업을 수행하는 실행 단위를 말해.

  • 하나의 프로세스는 최소 하나 이상의 스레드를 가지고 있어.

  • 스레드들은 프로세스의 메모리 공간(코드, 데이터, 힙, 파일 디스크립터 등)을 공유한다.

  • 하지만 각 스레드는 자신의 레지스터 집합과 스택을 별도로 가지고 있어.

요약하면,

  • 프로세스 : 리소스를 가진 실행 단위

  • 스레드 : 프로세스 내에서 실행 흐름을 가진 실행 단위

왜 스레드를 사용할까?

성능 개선(병렬성)

  • CPU 코어가 여러 개라면 여러 스레드를 동시에 실행시켜 작업 속도를 높일 수 있어.

리소스 공유

  • 같은 프로세스 내 스레드들은 메모리를 공유하기 때문에, 프로세스 간 통신(IPC)보다 훨씬 가볍고 빠른 스레드 간 통신이 가능해.

응답성 향상

  • 예를 들어, 서버가 요청을 처리할 때, 메인 스레드는 계속 사용자 입력을 받고, 다른 스레드가 요청 처리를 맡아버리면 시스템 응답성이 좋아져.

스레드의 구성 요소

각 스레드는 다음을 갖고 있어

구성 요소설명
Thread ID스레드를 식별하는 고유 ID
Program Counter다음에 실행할 명령어의 주소
Registers스레드가 현재 수행 중인 작업에 필요한 데이터 저장
Stack함수 호출 정보, 지역 변수 저장
State실행 상태 (Running, Ready, Blocked 등)

참고 : 코드 영역, 데이터 영역, 열린 파일들은 같은 프로세스 내 스레드끼리 공유한다.

스레드의 상태 변화

스레드는 아래처럼 상태가 변한다.

New --> Ready --> Running --> (Blocked or Terminated)
             ↑          ↓
          (Unblocked)

  • New : 생성됨

  • Ready : CPU를 기다림

  • Running : CPU를 점유해서 실행 중

  • Blocked : 입출력 등으로 기다림

  • Terminated : 작업 완료하고 종료

스레드의 종류

사용자 수준 스레드(User-Level Thread, ULT)

  • 커널이 스레드의 존재를 모름.

  • 사용자 라이브러리(예: pthread)가 직접 스케줄링.

  • 컨텍스트 스위칭이 빠름(커널 호출 없음), 하지만 하나가 Block되면 전체가 Block될 수 있음.

커널 수준 스레드(Kernel-Level Thread, KLT)

  • 커널이 스레드를 관리함.

  • 하나의 스레드가 Block돼도 다른 스레드는 계속 실행 가능.

  • 하지만 스케줄링할 때마다 커널모드 진입/탈출(시스템 콜)이 필요해 느릴 수 있음.

하이브리드(2-Level Model)

  • 사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드를 조합하여 장점을 살림.

스레드 생성 방법 (예 : C언어 POSIX pthread)

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

void *myThreadFunc(void *arg) {
    printf("Thread 실행 중\n");
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, myThreadFunc, NULL);
    pthread_join(tid, NULL); // main 스레드가 tid 스레드 종료를 기다림
    return 0;
}

  • pthread_create : 새로운 스레드 생성

  • pthread_join : 생성된 스레드가 끝날 때까지 기다림

스레드 사용 시 주의할 점

경쟁 조건(Race Condition)

  • 여러 스레드가 동시에 같은 데이터를 수정할 때 발생하는 오류

  • 해결 방법 : 뮤텍스(Mutex), 세마포어(Semaphore), 락(Lock) 사용

데드락(Deadlock)

  • 둘 이상의 스레드가 서로 자원을 기다리며 영원히 멈춰버리는 현상

  • 해결 방법 : 자원 할당 순서를 정하거나, 타임아웃 적용

기아(Starvation)

  • 어떤 스레드가 자원을 독점해서 다른 스레드가 계속 기회를 얻지 못하는 문제

스레드와 프로세스 비교 요약

항목프로세스스레드
메모리각각 독립공유
생성 비용크다작다
통신 비용IPC(느림)메모리 공유(빠름)
오류 전파프로세스끼리 독립하나가 죽으면 전체 프로세스 영향 가능

스레드 활용 예시

  • 웹 서버 : 요청마다 스레드 하나 생성

  • 게임 엔진 : 물리 엔진, 렌더링 엔진, 네트워크 처리 등을 각각 다른 스레드에서 수행

  • 멀티미디어 앱 : 음악 재생, 동영상 디코딩, 자막 처리 등을 별도 스레드로 처리

시각화 그림

프로세스 하나 안에 여러 스레드가 존재하는 모습은 이렇게 볼 수 있어

+----------------------------------------+
|             Process (프로세스)          |
|                                        |
|    +---------+   +---------+           |
|    | Thread 1|   | Thread 2 |           |
|    +---------+   +---------+           |
|        ↕             ↕                 |
|    (공유하는 메모리, 열린 파일, 등등)  |
+----------------------------------------+

요약하면, “프로세스 = 자원을 가진 집”, “스레드 = 집 안에서 일하는 사람” 이라고 이해하면 좋아

스레드 심화

더 깊고 자세한 내용은 스레드(Thread) 심화에서 다루겠다.

© 2022 JeongHwan Yun.