멀티태스킹의 정석, 파이썬 쓰레드 vs 프로세스, 무엇이 다를까?

오늘은 파이썬에서 멀티태스킹을 구현하는 중요한 요소인 스레드(thread)와 프로세스(process)에 대해 자세히 알아보려고 합니다. 멀티태스킹은 하나의 시스템에서 여러 작업을 동시에 수행하는 데 사용되며, 이를 효과적으로 관리하기 위해 파이썬에서는 스레드와 프로세스를 활용합니다. 이 글에서는 스레드와 프로세스의 개념, 차이점, 사용 방법, 그리고 각각의 장단점에 대해 다룰 것입니다.

목차

스레드와 프로세스의 개념

프로세스 (Process)

• 프로세스는 운영 체제에서 실행 중인 독립적인 프로그램 단위를 나타냅니다.
• 각 프로세스는 자체 메모리 공간을 가지며, 서로의 메모리에 직접 접근할 수 없습니다.
• 프로세스 간 통신(IPC, Inter-Process Communication)을 위해 별도의 메커니즘이 필요합니다.
• 프로세스는 프로그램 실행을 위한 최소 단위이며, 프로세스 간 독립성이 보장됩니다.

스레드 (Thread)

• 스레드는 프로세스 내부에서 실행되는 작은 실행 단위입니다.
• 스레드는 동일한 프로세스 내에서 메모리를 공유하므로 데이터 공유 및 통신이 간편합니다.
• 여러 스레드가 동시에 실행되는 멀티스레딩 환경에서는 각 스레드가 별도의 작업을 수행하며, 프로세스 내부의 모든 스레드는 같은 주소 공간을 공유합니다.
• 스레드 간 동기화(Synchronization)와 경합 조건(Race Condition) 관리가 필요합니다.

간단하게 정리하면 프로세스는 프로그램 실행 단위이고, 스레드는 프로세스 내에서 동작하는 작은 실행 단위입니다. 프로세스 간에는 각자 독립적인 메모리 공간을 가지지만, 스레드는 같은 프로세스 내에서 메모리를 공유하므로 데이터 공유와 통신이 쉽습니다.

스레드와 프로세스의 생성과 관리

스레드 생성 및 관리

• 스레드를 생성하려면 threading 모듈을 사용합니다.
• threading.Thread 클래스를 이용하여 스레드를 생성하고 시작할 수 있습니다.
• 스레드는 주로 CPU 바운드 작업보다는 I/O 바운드 작업에 적합합니다.
• 스레드는 동일한 프로세스 내에서 메모리를 공유하므로 데이터 공유 및 통신이 간편합니다.
• 스레드 간 동기화는 Lock, Semaphore, Condition 등의 도구를 사용하여 관리합니다.

예시 코드

import threading

def worker():
    print("스레드 동작")

thread = threading.Thread(target=worker)
thread.start()

프로세스 생성 및 관리

• 프로세스를 생성하려면 multiprocessing 모듈을 사용합니다.
• multiprocessing.Process 클래스를 이용하여 프로세스를 생성하고 시작할 수 있습니다.
• 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가지므로, 데이터 공유와 통신을 위해 multiprocessing 모듈의 큐나 파이프를 사용합니다.
• 프로세스 간 통신(IPC)은 메시지 패싱 등의 방법을 사용하여 관리합니다.

예시 코드

import multiprocessing

def worker():
    print("프로세스 동작")

process = multiprocessing.Process(target=worker)
process.start()

최종 비교

• 스레드는 경량 프로세스로, 프로세스 내에서 생성되며 메모리를 공유합니다.
• 프로세스는 독립적인 실행 단위로, 별도의 메모리 공간을 가집니다.
• 스레드는 I/O 작업에 적합하며, 데이터 공유가 쉽지만 동기화에 주의해야 합니다.
• 프로세스는 CPU 및 메모리를 별도로 할당받아 독립성이 보장되며, 복잡한 병렬 처리에 사용됩니다.
• 프로세스 간 통신(IPC)은 별도의 메커니즘을 사용하여 구현합니다.

반응형

스레드와 프로세스의 공유 지원

스레드 (Thread)의 공유 지원

• 스레드는 같은 프로세스 내에서 실행되며, 메모리 공간을 공유합니다.
• 이로 인해 스레드끼리 데이터를 공유하거나 통신하는 것이 비교적 쉽습니다.
• 스레드 간 데이터 공유 시, 주의해야 할 점은 동시 접근에 대한 동기화 문제입니다. 스레드 간의 경쟁 상태나 데드락이 발생할 수 있으므로 적절한 동기화 메커니즘(예: Lock, Semaphore, Condition)을 사용하여 관리해야 합니다.

프로세스 (Process)의 공유 지원

• 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가지기 때문에 기본적으로 데이터를 공유하지 않습니다.
• 프로세스 간 데이터 공유 및 통신을 위해서는 명시적인 메커니즘이 필요합니다. 이를 위해 파이썬에서는 multiprocessing 모듈을 사
• 용하며, 이 모듈은 큐(Queue), 파이프(Pipe), 공유 메모리(Shared Memory) 등의 방법을 제공합니다.
• 큐나 파이프를 사용하여 프로세스 간 안전한 데이터 교환을 할 수 있으며, 공유 메모리를 통해 데이터를 공유할 수 있습니다.

최조 비교

• 스레드는 메모리를 공유하므로 데이터 공유 및 통신이 비교적 간단합니다. 하지만 동기화 문제에 주의해야 합니다.
• 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가지기 때문에 기본적으로 데이터를 공유하지 않습니다. 공유가 필요한 경우 명시적인 메커니즘을 사용해야 합니다.
• 파이썬에서는 multiprocessing 모듈을 통해 프로세스 간 데이터 공유 및 통신을 지원합니다.

스레드와 프로세스의 성능과 확장성

성능

• 스레드는 여러 스레드가 같은 프로세스 내에서 동작하기 때문에 스레드 간의 통신 및 데이터 공유가 비교적 빠릅니다. 이는 스레드 간의 데이터 이동이 메모리 내에서 일어나기 때문입니다.
• 프로세스는 각각 독립적인 메모리 공간을 가지기 때문에 데이터 공유 및 통신에 추가 오버헤드가 발생합니다. 이로 인해 스레드보다는 일반적으로 느릴 수 있습니다.

확장성

• 스레드는 여러 스레드가 같은 프로세스 내에서 실행되므로, CPU 코어(Core)의 개수보다 많은 스레드를 생성해도 동시에 실행되는 스레드 수는 CPU 코어 수에 제한됩니다. 이로 인해 멀티코어 CPU에서 스레드를 최대한 활용하기 위해서는 스레드 간의 작업을 효율적으로 분배하는 것이 중요합니다.
• 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 가지기 때문에 멀티프로세싱(Multiprocessing)을 통해 여러 프로세스를 동시에 실행할 수 있습니다. 이는 멀티코어 CPU를 최대한 활용하여 병렬 작업을 수행하는 데 유리합니다.

최종 비교

• 성능 측면에서는 스레드가 데이터 공유 및 통신에서 유리하지만, 프로세스는 별도의 메모리 공간을 가지므로 확장성 면에서 더 유리합니다. 특히 멀티코어 CPU를 활용하여 병렬 작업을 처리하는 경우에 프로세스가 효과적입니다.
• 적절한 상황에 따라 스레드와 프로세스를 선택하여 사용하는 것이 중요하며, 파이썬에서는 threading과 multiprocessing 모듈을 통해 스레드와 프로세스를 사용할 수 있습니다.

마무리

오늘은 파이썬 스레드와 프로세스를 비교하는 내용을 주제로 정리해 보았습니다. 스레드와 프로세스는 각각의 특징과 장단점을 가지고 있으며, 적절한 상황에서 선택하여 사용하는 것이 중요합니다. 스레드는 메모리 공유와 통신 측면에서 유리하며, 프로세스는 멀티프로세싱을 통한 확장성 면에서 강점을 가집니다. 이러한 차이점을 고려하여 다양한 멀티태스킹 작업을 효과적으로 수행할 수 있습니다. 파이썬에서는 threading과 multiprocessing 모듈을 활용하여 스레드와 프로세스를 다룰 수 있습니다.