[CS: 운영체제] 프로세스 메모리 구조

"프로그램을 실행"한다는 것의 의미는 무엇일까?

프로그램의 컴파일

프로세스는 프로그램으로부터 인스턴스화 된 것을 의미한다.

프로그램은 컴파일러가 컴파일 과정을 거쳐 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어로 번역되어 실행할 수 있는 파일이 되는 것을 의미한다.

(쉽게 생각해서 프로그램은 실행 파일을 의미하고, 그 실행 파일을 실행하면 프로세스가 시작된다고 생각하면 된다)

프로그램의 컴파일 과정은 아래의 그림과 같다

(컴파일러의 역할과 컴파일 과정은 아래 내용 참고)

[CS: 컴파일러]

컴퓨터는 const a = 10;을 읽을 수 없다. 컴퓨터는 0과 1밖에 이해하지 못하기 때문이다. 나는 0과 1로만 작성된 코드를 읽을 수 없다. 나는 컴퓨터가 아니기 때문이다. 따라서, 둘을 연결하는 중간다

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프로세스는 컴퓨터에서 실행되고 있는 프로그램을 의미하며 CPU 스케줄링의 대상이 되는 작업(task)라는 용어와 거의 같은 의미로 쓰인다.

우리가 프로그램을 실행하여 프로그램이 메모리에 올라가면 프로세스가 되는 인스턴스화가 일어나고 이후 운영체제의 CPU 스케줄러에 따라 CPU가 프로세스를 실행한다.

이러한 프로세스는 여러가지 상태를 갖는다.

운영체제가 프로세스에 적절한 메모리를 할당한다. 이때 바탕이 되는 구조는 아래 그림과 같다.

스택
- 지역변수, 매개변수, 함수가 저장
- 컴파일 시에 크기가 결정
- 동적인 특징을 갖는다
힙
- 동적 할당할 때 사용됨
- 런타임 시 크기가 결정
- 동적인 특징을 갖는다
데이터 영역
- 전역변수, 정적변수가 저장
- 정적인 특징을 갖는 프로그램이 종료되면 사라지는 변수가 들어있음
- BSS 영역: 초기화 되지 않은 변수가 0으로 초기화되어 저장
- Data 영역: 0이 아닌 값으로 할당된 변수들이 저장
코드 영역
- 프로그램에 내장되어 있는 소스 코드가 들어가는 영역
- 수정 불가능한 기계어로 저장되어 있으며 정적인 특징을 갖는다

스레드는 프로세스의 실행 가능한 가장 작은 단위이다. 프로세스는 여러 스레드를 가질 수 있다.

프로세스는 코드, 데이터, 스택, 힙을 각각 생성하지만 스레드는 코드, 데이터, 힙을 공유하고 나머지 영역은 각각 생성되는 특징이 있다.

멀티스레딩은 프로세스 내 작업을 여러 개의 스레드로 처리하는 기법이며 스레드끼리 서로 자원을 공유하기 때문에 효율성이 높다

웹 요청을 처리할 때 새 프로세스를 생성하는 대신 스레드를 사용하는 웹 서버의 경우 훨씬 적은 리소스를 소비하며, 한 스레드가 중단 되어도 다른 스레드는 실행 상태일 수 있기 때문에 중단되지 않는 빠른 처리가 가능하다.

하지만, 한 스레드에 문제가 생기면 다른 스레드에도 영향을 끼쳐 스레드로 이루어져 있는 프로세스에 영향을 줄 수 있다는 단점도 존재한다.