왜 스레드가 프로세스보다 Context Switching이 빠른가

키워드

운영체제

스레드

프로세스

Context Switching

스레드/프로세스 Context Switching

1. 차이점

2. MMU(Memory Management Unit)

3. TLB(Translation Lookaside Buffer)

4. 캐시 오염

결론

참고자료 🔗

알고 싶은 점

•

같은 프로세스 내의 스레드의 경우, 메모리 영역을 공유하기 때문에 프로세스 Context Switching보다 빠르다고 한다. 메모리 공유를 안 하면 무슨 일이 일어나는가

Context Switch

1. Context

•

프로세스/스레드의 상태

•

CPU, 메모리 등

2. Context Switching

•

실행중이던 프로세스/스레드가 다른 프로세스/스레드로 교체

→ 프로세스/스레드를 사용자 관점에서 동시에 사용하는 느낌이 들게 함

•

PCB라 하는 별도의 메모리 공간에 프로세스/스레드의 정보를 저장하여 데이터를 불러옴

•

현재 실행중인 상태 정보 PCB에 저장 → 다음 실행할 상태 정보 복원 → 교체

3. 트리거

•

멀티 태스킹

•

인터럽트 처리

•

사용자 및 커널 모드 전환

스레드/프로세스 Context Switching

1. 차이점

•

서로 다른 프로세스는 서로 다른 메모리 영역을 차지함

→ 프로세스 context switching은 메모리 주소 관련 처리를 추가로 수행해야함

→ MMU가 다음 프로세스를 보도록 + TLB 비우는 작업이 필요

2. MMU(Memory Management Unit)

•

가상 메모리와 물리 메모리 사이의 주소 변환 담당

→ 프로세스가 물리 메모리에서 할당되는 위치를 추상화하여 각 프로세스가 독립적인 주소 공간을 가지고 있는 것처럼 생성

•

한정적인 메모리 공간에서 사용자에게 더 많은 메모리 제공을 위해 만든 개념인 가상 메모리 생성을 도와줌

3. TLB(Translation Lookaside Buffer)

•

MMU 내에 존재하는 캐시

→ 데이터 접근 시간 절약

4. 캐시 오염

•

캐시는 CPU안에 존재하여 자주 사용하는 데이터를 저장해두고, 메모리에 접근하는 대신 캐시에 접근하여 속도 향상을 추구

•

Context Switching이 자주 일어나 캐시 안에 이전 프로세스의 정보가 남아있게 되면, 캐시 대신 메모리에 직접 접근하게 됨

→ 오버헤드 발생

결론

•

서로 다른 프로세스의 context switching의 경우는 메모리 공유를 안 하기 때문에 메모리 관련 처리가 따로 필요

•

MMU가 다른 프로세스를 보도록 설정 + TLB가 다음 프로세스의 상태를 담을 수 있도록 미리 비워둠

참고자료

컨텍스트 스위칭(Context Switching)

1. 컨텍스트 스위칭(Context Switching) 컨텍스트 스위칭의 정의 지난 글에서 프로세스와 스레드를 얘기하면서 컨텍스트 스위칭(문맥 교환)에 대해서 짧게 얘기했었는데요, 오늘은 이 컨텍스트 스위칭에 대해서 자세히 알아보려 합니다. 컨텍스트 스위칭이란, 'CPU/코어에서 실행 중이던 프로세스/스레드가 다른 프로세스/스레드로 교체되는 것'입니다.그렇다면, 여기서 말하는 컨텍스트란 무엇일까요? 컨텍스트란 프로세스/스레드의 상태를 의미합니다. 또 이 상태라는 것은 CPU, 메모리에서의 상태를 의미합니다. 컨텍스트 스위칭이 필요한 이유 그렇다면 컨텍스트 스위칭이 왜 필요할까요? 여러 이유들이 있지만, 대표적으로 여러 프로세스와 스레드들을 동시에 실행시키기 위해(그렇게 보이기 위해) 여러 프로세스와 스레..

컨텍스트 스위칭 뽀개기! 의미와 종류와 왜 스레드 컨텍스트 스위칭이 더 빠르다고 하는지까지..! 이 모든 것을 시원~~하게 설명합니다!!

[운영체제] Context Switch

컨텍스트 스위칭은 CPU에 실행할 프로세스를 교체하는 기술이다. 프로세스 스케줄링에서 프로세스를 계속해서 바꿔주는 기술들에 사용되는 게 바로 컨텍스트 스위칭이다. 프로세스는 다음에 실행할 코드가 담겨 있는 PC와 호출된 함수와 변수들의 주소를 갖고 있는 SP를 통해

운영체제 5: 컨텍스트 스위칭 (Context Switching)

컨텍스트 스위칭이란 여러개의 프로세스가 실행되고 있을 때 기존에 실행되던 프로세스를 중단하고 다른 프로세스를 실행하는 것. 즉, CPU에 실행할 프로세스를 교체하는 기술이다. PCB 컨텍스트 스위칭은 PCB(Process Context/Control Block)이라고 하는 메모리의 별도 공간에 process 상태값들을 저장하고, 해당 값들을 찾는 방법으로 구현된다. PCB는 프로세스가 실행중인 상태를 스냅샷 찍어 저장하는 공간이라고 생각하면 된다. PCB에 저장되는 내용은 다음과 같다. Process ID (PID) 레지스터 값 (PC, SP 등) Scheduling info (프로세스 상태) Meomory info (메모리 사이즈 linit) - 전체 프로세스 사이즈 등 기타 리눅스의 PCB는 C 구조..

[OS] Process | Context Switching (컨텍스트 스위칭)

0. 개요 개발은 프로그램을 만드는 것이다. 그리고 그렇게 만들어진 프로그램이 컴퓨터에서 실행되면, 실행 중인 프로그램을 프로세스라고 부른다. 프로그램 (program) : 컴퓨터가 실행할 수 있는 명령어들의 집합 ✔️ 프로세스 (process) “Process is a program in execution” / 컴퓨터에서 실행 중인 프로그램 : 각각의 프로세스는 독립된 메모리 공간을 할당받는다. 그리고 명령어들과 데이터를 가진다. CPU (central processing unit) : 명령어를 실행하는 연산 장치 메인 메모리 (main memory) : 프로세스가 CPU에서 실행되기 위해 대기하는 곳 I/O (input/output) : 파일을 읽고 쓰거나 네트워크의 어딘가와 데이터를 주고받는 것 :..

[CS] MMU(Memory Management Unit, 메모리 관리 장치)

📌 MMU 논리 주소를 물리 주소로 변환해주며 메모리 보호나 캐시 관리 등 CPU가 메모리에 접근하는 것을 총 관리해주는 하드웨어 MMU란? 메모리의 공간이 한정적이기 때문에, 사용자에게 더 많은 메모리를 제공하기 위해 가상 메모리라는 개념이 등장했습니다. 가상

MMU, TLB

MMU(Memory Management Unit) 가상메모리 시스템에서 CPU는 가상 주소를 통해 물리 주소에 접근하여 작업한다. 이 때, 가상 주소를 물리 주소로 변환하는 하드웨어 디바이스를 MMU라고 한다. 가상 메모리 주소(논리 메모리 주소)를 실제 메모리 주소로 변환하는 역할을 한다. OS를 통해 페이지 테이블에 접근하고, 변환 작업을 진행한다. 일반적으로 CPU 내에 존재하지만, 별도의 통합 칩 (IC)에서 작동하기도 한다. Memory Protection 기능을 제공한다. 보호되는 메모리 영역에 접근하지 못하게 한다. 메모리의 실제 배열과 상관 없이 연속된 메모리로 취급할 수 있게 한다. TLB(Translation Lookaside Buffer) 자주 참조되는 Page Table Entry를..