운영체제 스터디 질문 정리

💡 운영체제란 무엇인가?

- 운영체제란 유저의 편의를 위해 컴퓨터의 자원들을 대신 관리해주는 시스템 소프트웨어이다.

- 여기서 자원은 메모리 , CPU 그리고 I/O 디바이스들이 있다.

- 운영체제를 사용함으로써 유저는 동작원리를 알지 못해도 PC를 활용할 수 있다.

(ex. 윈도우 , 리눅스 , 유닉스)

💡 프로세스와 스레드에 대해 설명해주세요.

- 프로세스는 운영체제로부터 작업을 할당받는 작업의 단위이며 , 스레드는 그 자원을 이용하는 실행의 단위이다.

- 프래세스 내에 스레드는 여러개가 생성될 수 있으며 최소 한 개 이상을 가져야한다.

💡 멀티 스레드의 장점 및 단점은 무엇인가?

- 스레드는 서로 메모리를 공유하기 때문에 프로세스보다 가볍다는 특징이 있다.

- 이는 통신 비용 감소 및 시스템 자원의 효율적인 사용으로 이어진다.

- 또한 컨텍스트 스위치를 비용이 멀티 프로세스에 비해 줄어든다.

 

- 하지만 자원을 공유한다는 특성은 곧 여러 단점을 낳는다.

- 대표적으로 동기화의 문제인데, 여러 스레드가 한 자원에 접근하는 경우 의도치 않은 여러 문제가 생길 수 있다.

- 그리고 스레드 하나가 종료 되면 해당 자원을 공유하는 다른 스레드들에게도 영향을 미치기 때문에 안정성 문제도 발생한다.

- 따라서 멀티 스레드의 에러 처리 및 동기화 처리를 필수적이라고 볼 수 있다.

💡 멀티 프로세스 대신 멀티 스레드를 사용하는 이유

- 멀티 스레드만의 장점은 자원을 서로 공유함으로써 스레드간 통신 비용이 감소하고 자원을 효율적으로 쓴다는 것이다.

- 따라서 스레드 간 데이터 공유가 빈번하거나, 컨텍스트 스위칭이 자주 일어나는 경우 멀티 스레드를 사용하는 것이 적합하다.

 

- 하지만 프로그램이 메모리가 공유되서는 안되며 동기화 문제에 취약한 경우 멀티 스레드 보단 멀티 프로세스를 사용해야한다.

💡 스레드에 스택을 독립적으로 할당하는 이유?

- 스레드에게 최소한의 독립적인 실행을 보장해주기 위해서이다.

- 함수 호출을 위한 여러 정보를 담고 있는 스택을 할당해줌으로써 이를 보장해줄 수 있다.

💡 PC레지스터를 스레드마다 독립적으로 할당하는 이유?

- 스레드의 레지스터는 "마지막 상태"를 의미한다.

- 예를 들어 스레드가 동작하다가 스케줄링에 의해 CPU 점유권이 넘어가게 된다면 스레드는 마지막 상태를 저장하고 종료된다.

- 이 상태가 저장되는 곳이 PC 레지스터이다.

💡 자바 스레드란?

- 기존 스레드 개념과 동일하게 JVM 프로세스 내에서 관리되어 지는 실행 단위이다. 

- 처음 프로세스를 시작하면 main 함수에서 스레드 하나가 만들어지는데, 필요에 따라 멀티 스레드 환경을 구현할 수 있다.

- 단 이 경우 메인 스레드가 종료되어도 실행되고 있는 스레드가 있다면 프로세스가 종료되지 않는다.

 

💡 Thread-safe가 뭐에요?
- 멀티 스레스 환경에서 여러 스레드가 동시에 자원에 접근할 때 실행 결과에 영향을 주지 않는 것을 "스레드 세이프" 하다고 한다.

- 즉 레이스 컨디션 환경에서 동기화를 통해 데이터의 일관성을 유지하는 것이다.

 

Mutual exclusion (상호 배제)

- 락을 사용해 공유 자원에 동시 접근을 제한하는 방법이다.

- 대표적으로 스핀 오프 , 뮤텍스 , 세마포어가 있다.

 

Atomic operation (원자 연산)

- 공유 자원에 접근할 때 원자 연산 혹은 원자적으로 접근한다. 

*원자적이란 모두 성공하던지 아니면 모두 실패하는 지를 보장해주는 것을 말한다.

Thread-local storage (쓰레드 지역 저장소)

- 공유 상태를 피할 수 없을 때 각각의 스레드에서만 접근 가능한 저장소들을 사용함으로써 동시 접근을 막는 방법이다.

- 전역 변수의 사용을 막음으로써 만들 수 있다.

Re-entrancy (재진입성)

- 스레드가 병렬적으로 실행되더라도 실행 결과에 영향을 미치지 않는 것을 보장해주는 것이다.

- 모든 재진입 함수는 스레드-안전하지만, 모든 스레드 함수가 재진입이 가능한 것은 아니다.

 

💡 세마포어와 뮤텍스를 설명해주세요.

- 뮤텍스는 공유 자원에 대해 하나의 프로세스나 스레드가 락을 가지고 다른 락은 슬립 상태로 대기하는 방법이다.

- 세마포어는 공유 자원에 접근하는 프로세스나 스레드의 수를 제한하는 방식이다. 

- 세마포어의 제한을 1로 둠으로써 뮤텍스 환경을 어느정도 구현할 수는 있지만 뮤텍스는 락을 가진 자만이 락을 해제할 수 있다는 점에서 차이가 있다.