프로세스와 스레드 (Process vs Thread)

멀티프로세스와 멀티스레드의 선택

동시성이 필요할 때 두 모델 중 무엇을 고를지는 격리와 효율의 저울질이다. 멀티스레드는 통신이 빠르고 메모리를 아끼므로 하나의 작업을 잘게 나눠 협력하는 병렬 계산이나 요청 처리에 적합하다. 멀티프로세스는 비용이 크지만 격리가 강해, 크롬(Chrome) 같은 브라우저는 탭 하나가 죽어도 전체가 살아남도록 렌더러를 프로세스로 분리하고, 보안 경계로도 활용한다. 언어 특성도 변수다. 파이썬(Python)의 표준 구현은 전역 인터프리터 락(GIL, Global Interpreter Lock) 때문에 CPU 병렬화에 멀티프로세스를 써 왔으며, 최근 버전에서 GIL을 제거하는 실험이 진행 중이다. 참고로 리눅스 커널은 프로세스와 스레드를 같은 태스크(task)로 다루고, clone 시스템 콜에 주소 공간을 공유할지 여부를 플래그로 지정해 둘을 구분한다.

문맥 교환(context switching) 비용의 차이도 선택에 영향을 준다. 프로세스 간 전환은 페이지 테이블을 교체해야 하므로 TLB(Translation Lookaside Buffer)가 무효화되어 전환 직후 주소 변환이 한동안 느려지지만, 같은 프로세스의 스레드 간 전환은 주소 공간이 유지되어 레지스터와 스택 포인터만 바꾸면 된다. 또한 동시성(concurrency)과 병렬성(parallelism)의 구분도 함께 알아 두어야 한다. 동시성은 여러 작업이 번갈아 진행되는 논리적 개념이고, 병렬성은 여러 코어에서 물리적으로 동시에 실행되는 것이다. 단일 코어에서도 멀티스레드로 동시성은 얻을 수 있지만 병렬성은 멀티코어가 있어야 가능하다.

커널 수준 스레드와 사용자 수준 스레드

커널이 직접 알고 스케줄링하는 스레드가 커널 수준 스레드(kernel-level thread)이고, 커널 모르게 라이브러리가 사용자 공간에서 관리하는 것이 사용자 수준 스레드(user-level thread)다. 커널 수준은 한 스레드가 블로킹 시스템 콜에 걸려도 다른 스레드가 계속 돌 수 있고 멀티코어를 활용할 수 있지만, 생성과 전환에 커널 진입이 필요하다. 사용자 수준은 전환이 함수 호출 수준으로 싸지만 하나가 블로킹되면 전체가 멈추는 문제가 있다. 현대의 실용적 절충이 고루틴(goroutine)이나 자바(Java) 21의 가상 스레드(virtual thread) 같은 경량 스레드로, 수많은 사용자 수준 실행 단위를 소수의 커널 스레드 위에 얹어(M:N 모델) 블로킹 지점에서 런타임이 알아서 갈아탄다.

면접에서 이렇게 물어본다

• 프로세스와 스레드의 차이를 자원 소유와 스케줄링 단위 관점에서 설명해 보라.
• 스레드가 스택을 공유하지 않고 따로 가져야 하는 이유는 무엇인가.
• 멀티프로세스 대신 멀티스레드를 선택할 때의 장점과 감수해야 할 위험을 말해 보라.
• 브라우저가 탭마다 프로세스를 분리하는 이유를 격리 관점에서 설명해 보라.
• 커널 수준 스레드와 사용자 수준 스레드의 차이, 그리고 고루틴 같은 경량 스레드가 이를 어떻게 절충하는지 설명해 보라.