📖스레드란

• 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행 흐름의 단위이다.
• 각 스레드(Thread)는 Thread ID, 프로그램 카운터,레지스터 집합, 스택으로 구성되어 있다.
• 같은 프로세스에 속하는 스레드는 서로 코드, 데이터 섹션, Heap, 열린파일이나 신호와 같은 운영체제 자원들을 공유한다.

📖스레드가 필요한 이유

• 웹서버는 수많은 클라이언트로부터 요청을 받는다.만약 단일 프로세스로 작동한다면 ,자신의 단일 프로세스로 한번에 하나의 클라이언트만을 서비스 할 수 있게되어 오랫동안 기다려야한다.

📖멀티태스킹과 멀티스레드

  👉 멀티 태스킹

• 멀티태스킹은 하나의 운영체제 언에서 여러 프로세스가 실행되는것을 의미한다.
• 멀티태스킹은 여러 프로세스가 동시에 실행되는 것처럼 보이지만 자세한 원리를 알아보면 그렇지 않다.

   👉멀티스레드

• 대부분의 프로그램은 하나의 프로세스안에 여러개의 스레드로 구성해서 처리하는 방식을 사용한다.이를 멀티스레딩이라 한다.
• 자원을 공유해서 효과적이고, 통신간 비용이 적다.

📖멀티스레드 장단점

🤨멀티스레드 장점

• 시스템 자원 소모 감소 (자원의 효율성 증대) :프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리 할 수 있다.
• 시스템 처리량 증가(처리 비용 감소) : 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다.
• 간단한 통신 방법으로 인한 프로그램 응답 시간 단축: 스레드는 프로세스 내의 Stack영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적다.

😟멀티스레드 단점

• 스레드 하나가 프로세스 내부 자원을 망쳐버리면 모든 프로세스가 종료될 수 있다.
• 자원을 공유하기 때문에 동기화 문제가 발생할 수 밖에 없다.

👉동기화 문제(Synchronization Issue)는 멀티스레드를 사용하면 각각의 스레드 중에 어떤 것이 우선 순서로 실행되는지 알 수 없다.

      만약 A 스레드가 어떤 자원을 사용하다가 B 스레드로 제어권이 넘어간 후 B 스레드가 해당 자원을 수정했을 때, 다시 제어권을 받은

      A스레드가 해당 자원에 접근하지 못하거나 바뀐 자원에 접근하게 되는 오류가 발생할 수 있다.그러므로 프로그래머가 직접 동기화

      문제에 대응할 수 있어야 한다.

💻마무리

스레드는 프로세스 안에 포함되어 있기 때문에,프로세스와 개념의 법위부터가 다르다.

운영체제가 프로세스에게 Code/Data/Stack/Heap 메모리 영역을 할당해 주고 최소 작업 단위로 삼는 반면, 스레드는 프로세스 내에서 Stack 메모리 영역을 제외한 다른 메모리 영역을 같은 프로세스 내 다른 스레드와 공유한다.

멀티태스킹보다 멀티스레드가 자원을 아낄 수 있게 된다. 다만 스레드의 스케줄링은 운영체제가 처리하지 않기 때문에 프로그래머가 직접 동기화 문제에 대응할 수 있어야 한다.

References

• https://gmlwjd9405.github.io/2018/09/14/process-vs-thread.html
• https://velog.io/@ckstn0777/OS-스레드
• https://velog.io/@raejoonee/프로세스와-스레드의-차이

🙉인터럽트란?

• CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때, 압출력 하드웨어 등의 장치나 또는 예외상황이 발생하여 처리가 필요할 경우에 CPU에 알려서 처리하는 기술이다.
• 인터럽트는 하드웨어 인터럽트와 소프트웨어 인터럽트로 나뉜다.

• 하드웨어 인터럽트는 하드웨어가 발생시키는 인터럽트로, CPU가 아닌 다른 하드웨어 장치가 CPU에 어떤 사실을 알려주거나 CPU 서비스를 요청해야 할 경우 발생시킨다.
• 하드웨어 인터럽트는 주로 전원 이상, 기계 문제,키보드등 IO 관련 이벤트 등이 있다.

• 소프트웨어 인터럽트는 소프트웨어가 발생시키는 인터럽트이다. 소프트웨어(사용자 프로그램)가 스스로 인터럽트 라인을 세팅한다.(종류: 예외 상황,System Call)
• 소프트웨어 인터럽트의 예로는 사용자 모드에서 허용되지 않은 명령 또는 공간에 접근을 하거나, 계산 결과가 Overflow/Underflow가 발생 할 때 등이 있다.
• 인터럽트는 일종의 이벤트로 불린다. 이벤트에 맞게 운영체제가 처리를 한다.

🙈인터럽트가 필요한 이유

  1. 선점형 스케쥴러 구현

• 프로세스 running중에 스케쥴러가 이를 중단 시키고, 다른 프로세스로 교체하기 위해, 현재 프로세스 실행을 중단 시킨다.
• 현재 프로세스를 중단 시킬려면, 스케쥴러 코드가 실행이 되서 현재 프로세스를 중지 시켜야한다

2. I/O Device와의 커뮤니케이션

• 저장매체에서 데이터 처리 완료시, 프로세스를 깨워야 한다.(Block state -> Ready state)

3. 예외 상황 핸들링 

• CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때, 입출력 하드웨어 등의 장치나 또는 예외상황이 발생할 경우, CPU가 해당 처리를 할 수 있도록 CPU에 알려줘야한다.

🙉인터럽트 처리 예

1.CPU가 프로그램을 실행하고 있을 때, 입출력 하드웨어 등의 장치 이슈 발생

• 파일 처리가 끝났다는 것을 운영체제에 알려준다.
• 운영체제는 해당 프로세스를 Block State에서 실행 대기(ready) 상태로 프로세스 상태를 변경한다.

2.또는 예외 상황이 발생

• 0으로 나누는 계산이 발생해서, 예외 발생을 운영체제에 알려준다.
• 운영체제가 해당 프로세스 실행 중지/에러 표시를 한다.

📖Context(Context)란?

CPU가 특정 프로세스를 실행시키기 위한 프로세스의 정보들이다.

Context는 프로세스의 PCB(Process Control Block)에 저장되어 Context Switching(컨택스트 스위칭)을 실행 할 때 PCB의 정보를 읽어 CPU가 이전에 프로세스가 하던 일을 이어서 수행 가능하다.

  👉PCB에는 다음과 같은 정보들이 저장된다.

• 프로세스의 상태 : 생성,준비,수행,대기,중지
• 프로그램 카운터 : 프로세스가 다음 실행할 명령어 주소
• 레지스터 : 누산기,스택, 색인 레지스터 
• 프로세스 번호

📖Context Switching(컨택스트 스위칭)이란?

멀티 프로세스 환경에서 CPU가 어떤 하나의 프로세스를 실행하고 있는 상태에서,인터럽트 요청에 의해 다음 우선 순위의 프로세스가 실행되어야 할 때,실행 중지할 프로세스 정보를 해당 프로세스의 PCB에 업데이트해서 메인 메모리에 저장하고, 다음 실행할 프로세스 정보를 메인메모리에 있는 해당 PCB정보를 CPU의 레지스터에 넣고. 실행하는 것이 Context Switching(컨택스트 스위칭)이다.