Understanding Thread Context Switching vs Process Context Switching

컨텍스트 전환은 공유 메모리 공간과 적은 오버헤드로 인해 프로세스보다 스레드에서 더 빠르게 이루어집니다.

### 컨텍스트 전환 이해: 스레드 컨텍스트 전환이 프로세스 컨텍스트 전환보다 빠른 이유
* 🔄 컨텍스트 전환은 **CPU 또는 코어에서 한 스레드 또는 프로세스를 다른 스레드 또는 프로세스로 교체하는 프로세스**를 말하며, 최신 컴퓨터에서 멀티태스킹을 가능하게 합니다.
* 🖥 최신 시스템에서는 일반적으로 **단일 프로세스에 하나의 스레드**가 포함되므로 프로세스 간 전환은 본질적으로 해당 프로세스 내의 **스레드 간 전환**입니다.
* 📊 컨텍스트 전환에서 '컨텍스트'는 프로세스 또는 스레드의 상태를 의미하며, 여기에는 **메모리, 특히 CPU 레지스터의 물리적 상태**가 포함됩니다.
* ⏱ 컨텍스트 전환은 여러 스레드 또는 프로세스가 동시에 실행되도록 하는 데 필요하며, **타임슬라이스 완료 또는 I/O 작업의 필요성** 같은 조건에서 발생합니다.
* 🔍 운영 체제 커널은 **컨텍스트 스위치를 실행**하고 이 과정에서 CPU 및 메모리와 같은 리소스를 관리하는 역할을 담당합니다.
* ⚙ 스레드와 프로세스 컨텍스트 전환의 주요 차이점은 메모리 관리에 있습니다. **동일한 프로세스 내의 스레드는 메모리를 공유**하지만 다른 프로세스는 그렇지 않으므로 **프로세스 컨텍스트 전환 중에 메모리 주소를 추가로 처리**해야 합니다.
* 💾 컨텍스트 전환이 발생하면 **CPU 레지스터 상태가 저장 및 복원**되어 프로세스 또는 스레드가 중단된 지점부터 실행을 재개할 수 있습니다.
* ⚠ 컨텍스트 전환이 잦으면 **CPU 캐시에 관련 없는 데이터가 포함될 수 있는 캐시 오염**으로 인해 성능이 저하되어 메모리 액세스 속도가 느려지고 전반적인 비효율성이 발생할 수 있습니다.

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

8년차 백엔드 개발자가 배워서 남주려고 만든 채널이에요

알기 쉽게 설명합니다

함께 성장했으면 좋겠어요 :)


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쉬운코드

컨텍스트 스위칭의 개념 및 필요성

컨텍스트 스위칭은 CPU에서 프로세스 또는 쓰레드가 다른 것으로 교체되는 것

하나의 프로세스는 기본적으로 하나의 쓰레드를 가지며, 쓰레드가 CPU 실행의 기본 단위

컨텍스트는 프로세스 또는 쓰레드의 상태, 특히 CPU 레지스터 상태를 의미

컨텍스트 스위칭은 여러 프로세스/쓰레드를 동시에 실행하기 위해 필요

컨텍스트 스위칭 발생 시점: 타임 슬라이스 소진, I/O 작업, 리소스 대기 등

컨텍스트 스위칭의 실행 및 과정

컨텍스트 스위칭은 OS 커널에 의해 실행되며, 커널은 컴퓨터 리소스를 관리

프로세스 컨텍스트 스위칭과 쓰레드 컨텍스트 스위칭의 차이점 존재

두 스위칭 모두 커널 모드에서 실행되며 CPU 레지스터 상태를 교체

차이점: 프로세스 스위칭은 메모리 주소 체계가 달라 MMU와 TLB 처리 필요

쓰레드 컨텍스트 스위칭 과정 예시

같은 프로세스 내 스레드 간 스위칭: 커널 모드 진입, CPU 상태 저장 및 로딩

프로세스 컨텍스트 스위칭 과정 예시

다른 프로세스의 쓰레드 간 스위칭: 메모리 관련 처리 추가 (MMU, TLB)

프로세스 스위칭은 메모리 주소 변경 작업으로 인해 쓰레드 스위칭보다 느림

컨텍스트 스위칭의 간접적 영향 및 결론

캐시 오염: 컨텍스트 스위칭 후 캐시에 필요한 데이터가 없을 가능성 증가, 성능 저하

컨텍스트 스위칭은 어플리케이션 관점에서 순수한 오버헤드

멀티태스킹 시스템에서의 컨텍스트 스위칭 동작 방식 설명