멀티스레드와 멀티프로세스의 차이점 lv.2

직전에 멀티스레드와 멀티프로세스를 다루었는데 내용이 조금 부실한 감이 있어서 추가로 작성.

 

2025.01.22 - 멀티스레드와 멀티프로세스의 차이

 

멀티스레드와 멀티프로세스는 현대 소프트웨어 개발에서 병렬 처리를 구현하는 주요 방식입니다. 이 글에서는 두 개념의 기본적인 차이점, 공유 메모리와 동기화 문제, 프로세스 간 통신(IPC) 메커니즘, 그리고 각 방식의 장단점을 심도 있게 분석합니다.

멀티스레드와 멀티프로세스란?

멀티스레드

멀티스레드는 하나의 프로세스 내에서 여러 스레드가 실행되는 방식입니다. 스레드는 같은 메모리 공간을 공유하며, 동일한 데이터에 접근할 수 있습니다. 예를 들어, 웹 브라우저는 각 탭을 스레드로 처리하여 하나의 탭이 멈춰도 다른 탭은 영향을 받지 않도록 설계됩니다.

멀티프로세스

멀티프로세스는 독립된 메모리 공간에서 여러 프로세스가 실행되는 방식입니다. 각 프로세스는 자신의 메모리를 사용하며, 프로세스 간 통신(IPC)을 통해 데이터를 교환합니다. 예를 들어, 크롬 브라우저는 각 탭을 독립된 프로세스로 실행하여 한 탭에서의 오류가 전체 브라우저에 영향을 미치지 않도록 설계되었습니다.

공유 메모리와 동기화 문제

공유 메모리의 효율성과 문제점

• 효율성: 멀티스레드는 동일한 메모리 공간을 공유하므로, 데이터 복사 없이 바로 접근이 가능합니다. 이는 프로세스 간 데이터 교환에서 발생하는 오버헤드(예: 데이터 직렬화 및 전송)를 줄입니다.
• 문제점: 메모리를 공유하는 만큼 동기화 문제가 발생할 가능성이 높습니다. 두 스레드가 동시에 동일한 데이터에 접근하거나 수정하면, 데이터 레이스 및 교착 상태가 발생할 수 있습니다.

동기화 기법

동기화 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 기법이 사용됩니다:

• 뮤텍스(Mutex): 하나의 스레드만 특정 리소스를 접근하도록 허용합니다.
• 세마포어(Semaphore): 정해진 수의 스레드가 리소스에 접근할 수 있도록 제어합니다.
• 모니터(Monitor): 뮤텍스와 조건 변수를 조합하여 동기화를 제공합니다.

멀티스레드가 멀티프로세스보다 오버헤드가 적은 이유

멀티스레드는 프로세스 내에서 스레드끼리 같은 주소 공간을 공유하기 때문에 프로세스 간 전환에서 발생하는 오버헤드(메모리 복사, 주소 공간 전환 등)가 없습니다. 스레드 전환은 단순히 레지스터 상태와 스택 포인터만 변경하면 됩니다. 반면, 프로세스 전환은 별도의 메모리 페이지 테이블 교체와 캐시 무효화 등의 작업이 추가로 필요합니다.

프로세스 간 통신(IPC)과 멀티프로세스의 리소스 사용량

IPC 메커니즘

멀티프로세스 환경에서는 각 프로세스가 독립적인 메모리를 사용하기 때문에 데이터를 교환하려면 프로세스 간 통신(IPC) 메커니즘이 필요합니다. 주요 IPC 방식은 다음과 같습니다:

• 파이프(Pipe): 한 방향으로 데이터 스트림을 전송합니다.
• 메시지 큐(Message Queue): 데이터 패킷을 메시지 큐에 저장하고, 필요 시 가져옵니다.
• 공유 메모리: 동일한 메모리 공간을 공유하여 속도가 빠르지만, 동기화 문제가 존재합니다.
• 소켓(Socket): 네트워크를 통해 데이터를 교환합니다.

멀티프로세스의 높은 리소스 사용량

멀티프로세스는 각 프로세스가 독립된 메모리 공간을 가지므로 메모리 사용량이 많아집니다. 또한, 데이터 교환 시 IPC 메커니즘을 사용해야 하므로 추가적인 CPU와 메모리 자원이 필요합니다. 반면, 멀티스레드는 주소 공간과 리소스를 공유하므로 상대적으로 리소스 사용량이 적습니다.

멀티스레드와 멀티프로세스의 비교

특징	멀티스레드	멀티프로세스
메모리 사용	공유 메모리 사용 (효율적)	독립 메모리 사용 (비효율적)
전환 오버헤드	적음	많음
동기화	필요 (데이터 레이스 발생 가능)	필요 없음
안정성	스레드 오류 시 전체 프로세스에 영향	프로세스 간 독립성 보장
IPC 필요성	거의 없음	필수

실무에서의 활용 사례

• 멀티스레드: 웹 서버에서 다수의 클라이언트를 동시에 처리하는 경우에 사용됩니다. 예를 들어, Apache HTTP 서버는 요청마다 스레드를 생성하여 작업을 병렬로 처리합니다.
• 멀티프로세스: 크롬 브라우저처럼 안정성이 중요한 애플리케이션에서 사용됩니다. 탭마다 프로세스를 분리하여 하나의 탭이 중단되어도 다른 탭에 영향을 주지 않습니다.

요약 및 결론

멀티스레드와 멀티프로세스는 각각의 장단점이 있으며, 사용 목적에 따라 선택해야 합니다. 멀티스레드는 메모리 공유와 낮은 오버헤드 덕분에 효율적이지만, 동기화 문제에 신경 써야 합니다. 반면, 멀티프로세스는 안정성을 제공하지만, 리소스 사용량이 많고 IPC가 필수적입니다. 실무에서는 애플리케이션의 요구사항에 맞춰 적합한 방식을 선택하는 것이 중요합니다.