Context Switch
문맥교환에 대해 알아보자
Context Switching이란?
작업하고 있는 Task(Process, Thread)의 인터럽트 요청에 의해 상태를 저장하고 다른 Task를 전환하는 과정을 말한다.
왜 인터럽트 요청이 필요할까?
CPU 당 하나의 Task(Process / Thread)만 실행할 수 있기 때문에, 사용자에게 멀티 태스킹을 지원하기 위해선 Task를 Swtiching 하며 구동되어야 한다. Task간에 Switching 하는 과정에서 발생하는 요청이 인터럽트 요청이라 할 수 있다.
Context란?
CPU가 다루는 Task(Process / Thread)에 대한 정보로 대부분의 정보는 Register에 저장되며 PCB(Process Control Block)으로 관리된다.
PCB는 OS에 의해 스케줄링되는 Process Control Block이다.
Process와 Thread의 차이는 무엇인가?
Process :
메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 독립적인 개체이다.
운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위이다.
프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap)을 할당받는다.
프로세스 당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다.
프로세스간의 자원을 접근하기 위해선 프로세스 간의 통신(IPC, Inter-process-commuincation)을 사용해야 한다.
ex. 파이프, 파일, 소켓 등을 이용한 통신 방법
Thread :
프로세스내에서 실행되는 여러 흐름의 단위(프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위)
스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack 영역만 별도로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
각각의 스레드는 별도의 레지스터와 스택을 갖고 있지만, 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있다.
멀티 프로세스와 멀티 스레드
멀티 프로세스
하나의 응용 프로그램을 여러개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리한다.
특정 작업의 프로세스가 죽어도 다른 프로세스에는 영향이 없다.
멀티 스레드
하나의 응용 프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하여 각 스레드가 하나의 작업을 처리한다.
스레드 간 데이터를 공유할 수 있어 시스템 자원 소모가 줄어든다.
Context Switching 비용
Cache 초기화
Memory Mapping 초기화
Process와 Thread 비용 차이
프로세스 컨텍스트 스위칭이 일어났을 경우, 공유하는 데이터가 없으므로 캐쉬가 지금껏 쌓아놓은 데이터들이 무너지고 새로 캐쉬정보를 쌓아야 한다. 이것이 프로세스 컨텍스트 스위칭에 부담이 되는 요소이다.
반면, 쓰레드라면 저장된 캐쉬 데이터는 쓰레드가 바뀌어도 공유하는 데이터(code, data, heap영역)가 있으므로 의미있다. 그러므로 컨텍스트 스위칭이 빠른 것이다.
단, 공유하는 영역이 있기 때문에 쓰레드간에 동기화 하는 문제가 발생할 수 있다.
참고
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