[Computer Terms] 프로세스와 스레드 (Process, Thread)

프로세스는 독립된 메모리 공간을 가진 실행 단위이고, 스레드는 그 메모리를 공유하는 더 가벼운 실행 단위입니다. 두 단위의 자원 격리 차이를 fork와 스레드 생성 코드로 비교하고, 격리가 중요한 상황과 가벼운 동시성이 중요한 상황을 구분하는 판단 기준까지 다룹니다.

이 장을 읽기 전에

새 갈래(운영체제)의 첫 챕터로, 별도 선행 챕터를 전제하지 않는다. 다만 뒤에서 다룰 스케줄링·동시성 챕터는 이 챕터의 프로세스·스레드 구분을 전제로 한다.

프로그램, 프로세스, 스레드

디스크에 저장된 실행 파일은 그 자체로는 아무 일도 하지 않는 프로그램이다. 이 프로그램을 실행하면 운영체제가 메모리에 적재하고 실행에 필요한 자원(메모리 공간, 파일 핸들, 레지스터 상태)을 할당하는데, 이렇게 만들어진 실행 중인 인스턴스가 **프로세스(Process)**다. 같은 프로그램을 두 번 실행하면 서로 독립된 메모리 공간을 가진 별개의 프로세스 두 개가 생긴다 — 한 프로세스가 자신의 메모리를 아무리 망가뜨려도 다른 프로세스에 영향을 주지 않는다.

**스레드(Thread)**는 프로세스 내부에서 실제로 명령어를 실행하는 단위다. 하나의 프로세스는 하나 이상의 스레드를 가지며, 같은 프로세스에 속한 스레드들은 그 프로세스의 메모리 공간(전역 변수, 힙)을 공유한다. 반면 각 스레드는 자신만의 스택과 레지스터 상태(프로그램 카운터 등)는 독립적으로 갖는다 — 그래야 각 스레드가 서로 다른 코드 위치를 동시에 실행할 수 있다.

격리 비용의 차이: fork vs 스레드 생성

이 차이는 새 실행 흐름을 만드는 비용에서 뚜렷이 드러난다. 새 프로세스를 만드는 fork()는 부모 프로세스의 메모리 공간 전체를 복제해야 하므로(실제로는 지연 복사인 copy-on-write로 최적화하지만) 상대적으로 무겁다. 반면 새 스레드를 만드는 것은 기존 메모리 공간을 그대로 공유하고 스택만 새로 할당하면 되므로 훨씬 가볍다.

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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/wait.h>

void *thread_work(void *arg) {
    int id = *(int *)arg;
    printf("thread %d: pid=%d (부모와 같은 PID)\n", id, getpid());
    return NULL;
}

int main(void) {
    /* fork: 완전히 독립된 메모리 공간을 가진 자식 프로세스 생성 */
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        printf("child process: pid=%d\n", getpid());
        return 0;
    }
    waitpid(pid, NULL, 0);

    /* pthread: 같은 프로세스 안에서 메모리를 공유하는 스레드 2개 생성 */
    pthread_t threads[2];
    int ids[2] = {1, 2};
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_work, &ids[i]);
    }
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    return 0;
}

gcc -pthread process_thread.c -o process_thread로 컴파일하면, 자식 프로세스는 fork() 시점의 부모 메모리를 그대로 복제해 자신만의 pid를 갖지만, 두 스레드는 getpid()가 항상 부모 프로세스의 PID와 동일하게 나온다 — 스레드는 별도의 프로세스가 아니라 같은 프로세스 안의 실행 흐름이기 때문이다.

비교: 프로세스 vs 스레드

특성	프로세스	스레드
메모리 공간	독립	같은 프로세스 내에서 공유
생성 비용	무거움 (메모리 공간 복제)	가벼움 (스택만 추가 할당)
통신 방법	IPC (파이프, 소켓, 공유 메모리 등)	공유 변수에 직접 접근
하나가 죽으면	다른 프로세스에 영향 없음	같은 프로세스의 다른 스레드도 함께 종료될 수 있음
대표 문제	프로세스 간 통신 오버헤드	레이스 컨디션, 데드락

흔한 오개념

“멀티스레드가 항상 멀티프로세스보다 빠르다” — 스레드 생성·전환이 가볍다는 것은 맞지만, 메모리를 공유한다는 것 자체가 동시 접근 시 레이스 컨디션이라는 새로운 비용(락, 동기화)을 만든다. 격리가 중요한 작업(신뢰할 수 없는 플러그인 실행, 장애 격리가 필요한 마이크로서비스)에서는 무거워도 프로세스 분리가 더 안전한 설계다.

“파이썬은 스레드를 못 쓴다” — CPython은 GIL(Global Interpreter Lock) 때문에 한 번에 하나의 스레드만 파이썬 바이트코드를 실행하지만, 이는 “스레드를 못 쓴다"가 아니라 “CPU 바운드 작업에서 스레드로 병렬 속도 향상을 못 얻는다"는 것이다. I/O 대기가 많은 작업(네트워크 요청, 파일 읽기)에서는 GIL이 대기 중 풀리므로 스레드가 여전히 유효하다.

다른 개념과의 연결

스레드가 메모리를 공유하기 때문에 생기는 문제(레이스 컨디션과 락)는 동시성 갈래에서 자세히 다룬다. 여러 프로세스/스레드 중 어떤 것을 먼저 실행할지 결정하는 문제는 다음 챕터인 CPU 스케줄링에서 다룬다.

평가 기준

이 챕터를 읽은 후에는 다음을 할 수 있어야 한다. 프로세스와 스레드가 메모리 공간을 다루는 방식의 차이를 설명할 수 있다. fork()와 스레드 생성의 비용 차이가 어디서 오는지 설명할 수 있다. 격리가 중요한 상황과 가벼운 동시 실행이 중요한 상황을 구분해 프로세스와 스레드 중 하나를 선택할 수 있다.