5. 운영체제

Process와 Thread의 차이

• 프로그램: 파일이 저장 장치에 저장되어 있지만, 메모리에 올라가있지 않은 정적 상태이다.

• 프로세스: 운영체제로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위이다. 메모리에 올라와서 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적인 개체)를 의미한다.
  할당받는 자원: CPU, 주소 공간, Code, Data, Stack, Heap으로 구성된 메모리 영역

  • 특징
    • 프로세스는 각각 독립된 메모리 영역(Code, Data, Stack, Heap의 구조)을 할당받는다.
    • 프로세스당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다.
    • 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근할 수 없다.
    • 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간의 통신(IPC, Inter-Process Communication)을 사용해야 한다.
      

• 스레드: 프로세스가 할당받은 자원을 이용하는 실행의 단위이다. 프로세스와는 다른 더 작은 실행 단위 개념이다.

  • 특징
    • 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack 영역만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유한다.
    • 스레드는 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로, 프로세스 내의 주소 공간이나 자원들(힙 공간 등)을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행된다.
    • 같은 프로세스 안에 있는 여러 스레드들은 같은 힙 공간을 공유한다. 반면에 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근할 수 없다.
    • 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 이웃 스레드(sibling thread)도 그 변경 결과를 즉시 볼 수 있다.
      

멀티 프로세스 vs 멀티 스레드

• 멀티 프로세스: 하나의 응용프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.

  • 장점
    • 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 발생하면 그 문제로 인한 추가적인 영향은 없다.
  • 단점
    • Context Switching 과정에서 캐시 메모리 초기화 등 무거운 작업이 진행되고 많은 시간이 소모되는 등의 오버헤드가 발생하게 된다.
    • 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받았기 때문에 하나의 프로그램에 속하는 프로세스들 사이의 변수를 공유할 수 없다.

• 멀티스레드: 하나의 프로세스 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드로 하여금 하나의 작업을 처리하도록 하는 것이다.

  • 윈도우, 리눅스 등 많은 운영체제들이 멀티 프로세싱을 지원하고 있지만 멀티 스레드를 기본으로 하고 있다.

  • 장점

    • 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.
    • 스레드 간 데이터를 주고받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.
    • 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다.
    • 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 통신의 부담이 적다.

  • 단점

    • 주의 깊은 설계가 필요하며, 디버깅이 까다롭다.
    • 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어렵다.
    • 프로세스 밖에서 스레드 각각을 제어할 수 없다.
    • 멀티 스레드의 경우 자원 공유의 문제가 발생한다.(동기화 문제)
    • 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받는다.

• 멀티스레드를 더 많이 사용하는 이유

  • 자원의 효율성 증대

    • 프로세스 간의 Context Switching 시 단순히 CPU 레지스터 교체뿐만 아니라 RAM과 CPU 사이의 캐시 메모리에 대한 데이터까지 초기화되므로 오버헤드가 발생한다.
    • 스레드는 프로세스 내의 메모리를 공유하기 때문에 독립적인 프로세스와 달리 스레드 간 데이터를 주고받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.

  • 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축

    • 스레드는 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문에 프로세스 간의 통신(IPC)보다 스레드 간의 통신의 비용이 적으므로 작업들 간의 통신의 부담이 줄어든다.
    • 스레드 간의 Context Switching이 프로세스 사이에서 보다 더 빠르다.

캐시의 지역성

• 캐시 메모리: CPU의 처리 속도와 메모리의 속도 차이로 인한 병목현상을 완화하기 위해 사용하는 고속 버퍼 메모리이다.
  주기억장치에 있는 데이터를 액세스하려면 시간이 오래 걸리게 되는데 이를 해결하기 위해 중간에 캐시 메모리를 둔다. → 자주 사용하는 데이터를 캐시 메모리에 저장하여 액세스 속도를 빠르게 한다.

  적중률을 극대화하기 위해 데이터 지역성의 원리를 사용한다.

  • Locality(지역성)

    • 시간적 지역성: CPU가 최근에 참조한 데이터를 자주 사용할 가능성이 높다.
    • 공간적 지역성: CPU가 참조한 데이터의 주변의 데이터 역시 참조할 가능성이 높다.

  • Hit rate(적중률)

    • CPU가 메모리에 접근하기 전 먼저 캐시 메모리에서 원하는 데이터의 존재 여부를 확인한다. 이때 필요한 데이터가 있는 경우를 적중(hit), 없는 경우를 실패(miss)라고 한다.
      이때 요청한 데이터를 캐시 메모리에서 찾을 확률을 적중률이라고 한다.
      

Thread-safe

• Thread-safe: 멀티 스레드 프로그래밍에서 일반적으로 어떤 함수나 변수, 객체를 여러 스레드가 동시에 접근해도 프로그램 실행에 문제가 없음을 뜻한다. 즉, 멀티 스레드 환경에서 여러 쓰레드가 동시에 동일한 코드를 실행시켰을 때 올바른 결과를 얻는 것을 말한다.

• 만약 두 스레드가 변수를 공유하고 있다면 일정한 결과를 얻을 수 없을 것이다. 이렇게 자원(변수)를 공유하여 사용하는 코드 영역을 임계영역(critical section)이라하고 이 임계영역에 동시 접근을 막는 것을 상호 배제(mutal exclusion)이라 한다.

뮤텍스와 세마포어 차이

• 상호 배제(뮤텍스): 한 스레드/프로세스가 임계 영역에 있으면 다른 스레드/프로세스가 못 들어오도록 막는 것을 말한다. 상호배제는 다음과 같이 수행된다.

  1. 임계 영역 진입 전 다른 스레드/프로세스가 임계 영역에 안에 있는지 검사한다.
  2. 없다면 임계 영역에 진입하여 공유 자원에 접근한다. 있다면 기다린다.
  3. 끝나면 임계 영역을 벗어나 다른 프로세스에게 임계 영역에 벗어났음을 알린다.

• 세마포어: 현재 공유 자원에 접근할 수 있는 스레드/프로세스의 수를 나타내는 값을 두어 상호배제를 하는 방법을 말한다. 변수로 음이 아닌 정수 S(여러 개가 존재 가능)와, 함수로 초기화 연산, P(검사), V(증가) 연산이 있으며, 다음과 같이 수행된다.

  1. 변수 S를 초기화 연산을 통해 초기화 시킨다.
  2. P 함수를 실행하여 S가 0보다 큰지 검사한다.
  3. 만약 0보다 크다면, S를 1 감소시키고 임계 영역에 진입하여 공유 자원에 접근한다.
  4. 크지 않다면, 스레드/프로세스를 Ready Queue에 넣어 대기시킨다.
  5. 임계 영역에서 나온 스레드/프로세스는 V 함수를 실행하여 Ready Queue에 스레드/프로세스가 있는지 체크한다. 만약 있다면, 그 중 1개를 임계 영역에 진입시킨다. 없다면, S를 1 증가시킨다.

스케줄러

• 스케줄러: 시스템 내에는 여러 개의 프로세스가 존재한다. 이 때 시간(time)과 공간(space) 즉, 자원을 할당할 프로세스를 선택하는 역할을 맡고 있다.

  시스템 성능 지표로 응답시간(response time), 작업 처리량(throughput), 자원 활용도(resource utilization) 이 있다.

  • 응답시간(response time): 작업 요청으로부터 응답을 받을 때까지의 시간
  • 작업 처리량(throughput): 단위 시간 동안 완료된 작업의 수
  • 자원 활용도(resource time): 주어진 시간동안 자원이 활용된 시간

  목적에 따라 적절한 스케줄러를 선택한다.

  발생하는 빈도와 할당하는 자원에 따라 장/중/단기로 나눠진다.

• 장기 스케줄러

  • 시스템에 제출할 작업을 결정하는 Job Scheduling(Job → created)에서 사용하며, 시스템 내에 프로세스 수를 조절한다.
    이 때 중요한 것은 CPU든 I/O든 모두 써서 효율성을 높이기 위해서 I/O bounded와 compute-bounded 프로세스들을 잘 섞어서 선택해야 한다.
    • I/O Bounded 프로세스: I/O 대기시간이 긴 프로세스
    • Compute-bounded 프로세스: CPU 사용시간이 긴 프로세스

• 중기 스케줄러

  • 메모리 할당을 결정하는 Memory Allocation(suspended ready → ready)에서 사용한다.

• 단기 스케줄러

  • 프로세서를 할당 받을 프로세스를 결정하는 Process Scheduling(ready → running)에서 사용하며, 가장 빈번하게 발생하므로 매우 빨라야 한다.

CPU 스케줄러의 종류

• 스케줄링 정책: 선점/비선점, 정적/ 동적 우선순위로 나눌 수 있다.

  • 비선점 스케줄링(Non-preemptive scheduling): 할당 받을 자원을 스스로 반납할 때까지 사용한다. 이는 Context Switching 부하가 적다는 장점이 있지만, 우선순위가 높은 프로세스가 들어올 경우 우선순위가 역전되어 우선순위가 낮은 프로세스의 처리 시간이 늘어나 평균 응답시간이 증가한다는 단점이 있다.

  • 선점 스케쥴링(Preemptive Scheduling): 타의에 의해 자원을 빼앗길 수 있다. 비선점 스케줄링과 다르게 Context Switching 부하가 크지만, 응답성이 높으므로 real-time system, time-sharing system에 적합하다.

  • 정적 우선순위(Static Priority): 프로세스 생성 시 결정된 우선순위가 유지된다. 이는 구현을 쉽게 하고, Context Switching이 덜 일어나기 때문에 부하가 적다. 하지만 시스템 환경 변화에 대한 대응이 어렵다.

  • 동적 우선순위(Dynamic Priority): 프로세스의 상태 변화에 따라 우선순위를 변경한다. 구현이 복잡하지만 시스템 환경 변화에 유연하게 대응이 가능하다.

• 종류

  • FCFS(First Come First Service)는 비선점 스케줄러로, Ready Queue에 먼저 도착한 프로세스를 먼저 처리한다. 자원을 효율적으로 사용할 수 있어 일괄 처리 시스템에 적합하다. 하지만 만약 수행시간이 긴 프로세스가 먼저 도착하면 다른 프로세스의 대기시간이 길어지는 Convoy Effect로 인해 평균 응답시간이 길다는 단점이 있다.

    • Convoy Effects : CPU 사용시간이 긴 프로세스에 의해 사용시간이 짧은 프로세스들이 오래 기다리는 현상

  • RR(Round Robin)은 선점 스케줄러로, Ready Queue에 먼저 도착한 프로세스를 처리한다는 점에서 FCFS와 같지만 자원 사용 시간(time quantum)이 있다는 점에서 차이가 있다. 프로세스가 할당된 시간이 지나면 자원을 반납하게 하여 특정 프로세스의 자원 독점을 방지한다.

  • SJF(Shortest Job First)는 비선점 스케줄러로, CPU burst time이 가장 작은 프로세스를 먼저 처리한다. 가장 실행시간이 적은 프로세스를 먼저 처리하기 때문에 대기 시간을 줄일 수 있지만, 실행시간을 예측한다는 점에서 비현실적이며 계속해서 짧은 프로세스만 처리하므로 긴 프로세스는 뒤로 밀린다는 단점이 있다.

  • SRTF(Shortest Remaining Time First)는 선점 스케줄러로, 잔여 실행 시간이 더 적은 프로세스를 먼저 처리한다. SJF의 장점을 극대화 했으나, 프로세스 생성 시 총 실행 시간 예측이 필요하고 잔여 시간을 계속 추적해야 해서 overhead가 크고 구현 및 사용이 비현실적이다.

  • Priority Scheduling은 각 프로세스에 지정된 우선순위를 기준으로 높은 우선순위를 가진 프로세스를 먼저 처리한다. 이 방식의 단점은 계속해서 우선순위가 높은 프로세스가 들어오면 그 프로세스를 먼저 처리하므로 낮은 프로세스는 뒤로 밀리는 starvation 문제가 발생한다. 이는 일정 시간 이상 기다리면 프로세스의 우선순위를 높여주는 aging 방식으로 해결할 수 있다.

동기와 비동기

• 동기: 요청에 대한 결과를 받은 후에야 다음 요청을 진행하는 방식으로 결과를 받을 때까지 대기해야한다. 동기는 직관적인 구조이지만 비효율적이다.

• 비동기: 요청 결과에 관계 없이 바로 다음 요청을 수행하고, 결과는 콜백 함수를 통해 받는다. 비동기는 설계가 복잡하지만 효율적이다.

메모리 관리 전략

• 제한된 메모리를 효율적으로 사용하기 위해서는 적절한 메모리 관리 전략이 필요하다.

• 스왑: 실행되어야 하는 여러 프로세스 중, 기존에 메모리에 올라간 프로세스를 보조 기억장치 (HDD, SSD) 로 보내는 것을 swap-out, 보조 기억장치에 있던 프로세스를 메모리에 올리는 것을 swap-in 이라고 한다. 어떤 프로세스를 swap-out 시킬지에 대한 대표적인 방법으로는 round-robin 이 있다.

• 압축: 주기적으로 삭제 공간을 회수하여, 메모리 공간을 정리하는 방식이다. 그러나 비용이 많이 든다는 단점이 있다.
  

• 페이징: 메모리에 연속적으로 프로세스를 할당하지 않고, 메모리를 페이지라는 단위로 물리적으로 나눠서 페이지에 프로세스를 올리는 방법이다. 프로세스가 페이지 크기보다 크다면 여러 페이지를 사용한다.
  페이지 크기보다 작은 프로세스가 할당되면 내부적으로 공간이 남는 내부 단편화가 발생할 수 있다.
  

• 세그멘테이션: 기능적인 구조를 하나의 세그먼트 단위로 삼아, 분할하여 저장된다. 이를 위해 mapping을 위해 세그먼트 테이블이 필요하고, 테이블에는 시작주소인 base 와 최대 크기인 limit 가 포함되어 있다. → 외부 단편화가 발생할 수 있다.
  가상메모리를 서로 크기가 다른 논리적 단위인 세그먼트로 분할해서 메모리를 할당하여 실제 메모리 주소로 변환을 하게 된다. 각 세그먼트는 연속적인 공간에 저장되어 있다.
  
  

가상 메모리

• 가상 메모리: 메모리의 크기보다 큰 프로세스는 어떻게 해야 실행이될까? 이 문제를 해결하기 위한 방법으로, 프로세스에서 필요한 부분만 메모리에 올려 실행이 가능하게 동작하는 방법을 의미한다.

• Paging(Demand Paging), Segemntation 등이 있다.

  • Demand Paging: 프로세스에서 현재 필요한 페이지만 메모리에 올리는 방법이다. 이를 위한 페이지 테이블은 기존의 테이블에서 valid 와 modified 가 추가적으로 필요하다.
    
    valid 는 해당 페이지가 메모리에 있는지를 나타낸다. 페이지가 메모리에 없는 경우 (valid == 0) 를 page fault 라고 한다. 아래의 과정으로 페이지를 메모리에 할당한다.

    1. 해당 페이지 valid bit 확인
    2. valid 가 0 이면 CPU 인터럽트, 해당 ISR 로 이동
    3. ISR 에서 backing store 를 탐색하여 해당 프로세스의 페이지 찾음
    4. 해당 페이지를 빈 프레임에 할당
    5. 페이지 테이블 갱신 (valid 1 로 변경)
    6. 다시 프로세스 실행

    여러 프로세스의 필요한 페이지를 메모리에 올리는 것은 효율적이다. 하지만 결국 한정된 자원을 쓰다보면 메모리가 꽉차는 시점이 생긴다. 이 때 어떤 페이지를 내릴지 Page Replacement 를 판단해야 한다.

    메모리에 올라갔던 페이지가 다시 내려가면 victim page 라고 하는데, modified bit 를 확인하여 페이지가 수정되지 않은 (modified == 0) 페이지 중 랜덤하게 혹은 가장 먼저 올라온 페이지를 내릴 수 있다.

데드락

• 데드락: 두 개 이상의 작업이 서로 상대방의 작업이 끝나기 만을 기다리고 있기 때문에 결과적으로 아무것도 완료되지 못하는 상태를 가리킨다.
  • 조건
    • 상호배제(Mutual exclusion) : 한 프로세스가 어떤 자원을 사용하고 있을 때 다른 프로세스는 그 자원을 사용할 수 없어서 기다려야 한다.
    • 점유대기(Hold and wait) : 프로세스가 할당된 자원을 가진 상태에서 다른 자원을 기다린다.
    • 비선점(No preemption) : 프로세스가 어떤 자원의 사용을 끝낼 때까지 그 자원을 뺏을 수 없다.
    • 순환대기(Circular wait) : 각 프로세스는 순환적으로 다음 프로세스가 요구하는 자원을 가지고 있다.
  • 대응 방안
    • 예방: 위의 교착상태의 조건 중 하나를 제거하는 방식으로 진행
    • 회피: 부가적인 교착상태 회피 알고리즘을 사용한다.
    • 회복: "교착상태에 있는 프로세스들을 하나씩 종료해가는 방법"과 "사용되는 자원이 적은 프로세스 등을 위주로 자원을 선점할 수 있도록 하는 방법"을 사용
    • 무시: 바로 무시해버리기~

사용자 수준 스레드 vs 커널 수준 스레드

• 사용자 수준 스레드: 유저 레벨에서 생성되고 동작하는 스레드이다. 커널이 제공하는 pthread와 같은 스레드 라이브러리를 사용하여 스레드를 만들고, 사용자 단에서 스레드를 관리한다는 특징을 가진다.

  • 장점
    • 커널을 호출하지 않고 사용자 수준의 스레드 스케줄러를 이용해서 (사용자/커널)모드 전환과 Context Switch가 없어, 인터럽트 발생 시에도 오버헤드가 적다.
  • 단점
    • 스템 전반에 걸친 스케줄링 우선순위를 지원하지 않기 때문에, 무슨 스레드가 먼저 동작할 지 모른다.
    • 프로세스에 속한 스레드 중 I/O 작업등에 의해 하나라도 블락(block)이 걸린다면 전체 스레드가 블락된다.

• 커널 수준 스레드: 커널 레벨에서 생성되는 스레드로, 커널이 직접 관리한다는 특징이 있다. 하나의 프로세스는 적어도 하나의 커널 스레드를 가지게 되며, 프로그래머 요청에 따라 스레드를 생성하더라도, 스케줄링하는 주체가 커널이면 커널 레벨(Kernel Level) 스레드라고 한다.

  • 장점
    • 프로세스의 스레드들을 몇몇 프로세서에 한꺼번에 디스패치(dispatch) 할 수 있기 때문에 멀티프로세서 환경에서 매우 빠르게 동작한다.
    • 다른 스레드가 입출력 작업이 다 끝날 때까지 다른 스레드를 사용해 다른 작업을 진행할 수 있다.
    • 커널이 각 스레드를 개별적으로 관리할 수 있으며, 커널이 직접 스레드를 제공해 주기 때문에 안정성과 다양한 기능이 제공된다.
  • 단점
    • 스케줄링과 동기화를 위해 커널을 호출하는데 무겁고 오래걸린다.
    • 커널 수준 스레드는 스케줄링 과정에서, 저장한 내용을 다시 불러오는 과정이 필요하다. → 성능 저하 유발
    • 사용자가 프로그래밍할 때 구현하기 어렵고 자원을 더 많이 소비하는 경향이 있다.

• 멀티 스레드 모델
  사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드에 얘기하기 전에, 멀티 스레드 모델을 먼저 이해하는 것이 좋다. 멀티 스레드 모형이 위와 같이 존재하고, 어떤 멀티 스레드 모델을 사용하느냐에 따라서, 다르게 동작하기 때문에 사용자/커널 수준 스레드 차이가 발생하는 것이다. 추가적으로, 다대다 모델과 일대일 모델과 다대일 모델을 모두 채택하여 사용하는 경우가 있는데, 이를 혼합형 모델이라고 한다.
  

• 사용자/커널 수준 스레드 구조 차이
  

• 스레드를 생성하는 방법

  • kernel의 지원없이 완전히 user space에서만 library를 제공하는 방법: 라이브러리의 함수를 호출하는 것은 시스템 호출이 아니라 사용자 공간의 지역함수를 호출한다.
  • 운영체제에 의해 kernel space에서 구현하는 방법: 라이브러리 API를 호출하는 것은 kernel system call을 사용한다.

외부 단편화 내부 단편화

• 메모리 단편화: RAM에서 메모리의 공간이 작은 조각으로 나뉘어져 사용가능한 메모리가 존재하지만, 할당이 불가능한 상태를 말한다.
  

• 내부 단편화(Internal Fragmentation): 메모리를 할당할 때 프로세스가 필요한 양보다 더 큰 메모리가 할당되어서 프로세스에서 사용하는 메모리 공간이 낭비 되는 상황을 말한다.

• 외부 단편화(External Fragmentation): 작은 메모리가 중간중간에 존재해서 메모리 공간은 충분하지만 실제로 할당할 수 없는 상황을 말한다. 이렇게 중간에 끼인 hole들이 많아지면, 메모리 낭비로 인해, 총 가용공간이 충분하더라도 새로운 태스크가 메모리를 할당받지 못하는 상황이 올 수 있다.

• 메모리 할당 방법

  • 연속할당 방법: 고정분할 방식, 가변분할 방식이 존재한다.

  • 불연속할당 방법: 페이징 기법과 세그멘테이션 기법, 페이지드 세그멘테이션(Paged Segmentations) 기법이 존재한다.

Context Switching

• Context Switching: 현재 실행중인 프로세스의 정보를 저장하고 다른 프로세스를 실행시킬 때 발생한다.
  CPU는 하나의 프로세스 정보만 기억할 수 있기 때문에, 다른 프로세스를 실행하기 위해서는, 기존에 실행중이던 프로세스의 상태 또는 레지스터 값(Context)을 PCB에 저장해야 한다.
  기존의 값을 저장한 후, 다음 실행시킬 프로세스의 상태와 레지스터값을 PCB에서 읽어와서 레지스터에 적재하는 방식으로 진행한다.
  

  1. interrupt나 시스템 호출에 의해 context switching 요구
  2. User Mode에서 Kernel Mode로 변경
  3. 기존 프로세스의 현재 context를 PCB에 저장
  4. 다음에 실행할 프로세스의 상태정보를 PCB에서 복구한 후 다음 프로세스를 실행
  5. Kernel Mode에서 User Mode로 변경

• Context Switching이 발생하는 상황
  인터럽트 발생 시에 발생하고, 인터럽트는 실행 중인 CPU 사용 할당 시간을 모두 소모하거나, 입출력을 위해 대기하는 경우에 발생하며, 프로세스의 CPU 제어권이 다른 프로세스에게 이양되는 상황으로 볼 수 있다.

  프로세스 상태와도 관련이 있으며, 3가지 상태 변화에 따라 인터럽트가 발생한다. Context Switch를 하는 주체는 OS 스케줄러이다.

  1. running → ready
  2. ready → running
  3. running → waiting

• PCB: 프로세스를 관리하는데 있어 필요한 정보(메타 데이터)를 담고있는 운영체제 커널의 자료구조이다.
  프로세스가 생성될 때마다 고유의 PCB가 생성되며, 프로세스가 완료되면 PCB는 제거된다.

• Thread 단위의 Context Switching
  Process는 Thread보다 Context Switching 오버헤드가 크다. Thread는 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문이다.

Swapping

• 스와핑: 주기억장치(메인메모리)에 적재한 하나의 프로세스와 보조기억장치(하드디스크)에 적재한 다른 프로세스의 메모리를 교체하는 기법이다.
  프로세스가 실행되기 위해서는, 프로세스의 명령어와 명령어가 접근하는 데이터가 메모리에 적재되어있어야 한다.
  메모리가 부족하면, 메모리 내에 존재하던 기존 프로세스를 backing store(하드디스크, 보조기억장치)라는 공간으로 내릴 수 있다.(=쫒아낸다) 그리고 다시 필요할 때 메모리에 불러와서 사용할 수도 있다. 필요없는 데이터를 backing store에 저장하는 것을 swap out, 필요한 데이터를 메모리에 올리는 것을 swap in이라고 한다. (메모리 기준으로 in, out) 프로세스 단위로 swap in, swap out하는 것을 swapping이라고 한다.

  • Backing Store: 스왑 영역(swap area)라고도 부르며, 디스크 내에 파일 시스템과는 별도로 존재하는 일정 영역을 말한다.
    디스크에 일시적으로 저장하는 공간이므로 저장 기간이 상대적으로 짧은 저장공간이다. 다수의 사용자 프로세스를 담을 수 있을 만큼 충분히 큰 저장공간이어야 하고 어느 정도의 접근 속도가 보장되어야 한다는 특징이 있다.

  실제 물리 메모리보다 더 많은 프로세스를 수용할 수 있다. 스와핑의 가장 중요한 역할은 프로세스의 수를 조절하여, 다중 프로그래밍의 정도(degree of muliprogramming)를 조절 할 수 있다는 것이다.
  
  위와 같이 프로세스 단위로 스와핑하는 표준 스와핑 방법은 최근에 많이 사용되지 않는다. 메모리와 저장장치 사이에 프로세스 전체를 이동시키는 것이 힘들기 때문이다. 대신, 페이지 단위 스와핑을 이용한다.