Multithreading vs. Multiprocessing vs. Multitasking
Multithreading, Multiprocessing, Multitasking은 컴퓨터 시스템에서 동시성과 병렬성을 구현하는 세 가지 주요 개념이다.
Multitasking은 단일 CPU에서 여러 작업(프로세스)을 동시에 실행하는 것처럼 보이게 하는 기술이다. 실제로는 CPU가 매우 빠르게 여러 작업 간을 전환하면서 실행한다.
- 목적: CPU 사용률을 최대화하고 사용자에게 여러 프로그램이 동시에 실행되는 것 같은 환상을 제공한다.
- 구현: 시분할(time-sharing) 방식을 사용하여 각 작업에 CPU 시간을 할당한다.
Multithreading은 하나의 프로세스 내에서 여러 실행 흐름(스레드)을 동시에 처리하는 기술이다.
- 목적: 단일 프로세스의 성능을 향상시키고 자원을 효율적으로 사용한다.
- 특징: 스레드들은 같은 프로세스 내의 메모리와 자원을 공유한다.
Multiprocessing은 여러 개의 프로세서(또는 코어)를 사용하여 여러 작업을 실제로 동시에 처리하는 기술이다.
- 목적: 시스템의 전체적인 처리 능력을 향상시킨다.
- 특징: 각 프로세서가 독립적으로 작업을 처리하며, 실제 병렬 처리가 가능하다.
이들의 차이점을 표로 정리하면 다음과 같습니다:
| 특성 | Multitasking | Multiprocessing | Multithreading |
|---|---|---|---|
| 정의 | 단일 CPU에서 여러 작업을 번갈아 실행 | 여러 프로세서에서 여러 작업을 동시에 실행 | 단일 프로세스 내에서 여러 실행 흐름을 처리 |
| 실행 단위 | 태스크/프로세스 | 프로세스 | 스레드 |
| 자원 공유 | 각 작업이 독립적인 메모리 공간 사용 | 각 프로세스가 독립적인 메모리 공간 사용 | 스레드 간 메모리와 자원 공유 |
| 자원 사용 | 중간 | 높음 | 낮음 |
| 통신 비용 | 높음 | 높음 | 낮음 |
| 컨텍스트 스위칭 비용 | 높음 | 높음 | 낮음 |
| 구현 복잡도 | 낮음 | 높음 | 중간 |
| 안정성 | 높음 | 높음 | 중간 |
| CPU 활용 | 단일 CPU | 여러 CPU/코어 | 단일 CPU 또는 여러 CPU |
| 장점 | - 자원 격리 - 안정성 - 구현 용이 | - 진정한 병렬 처리 - 높은 성능 - 안정성 | - 자원 공유 - 빠른 컨텍스트 스위칭 - 효율적인 통신 |
| 단점 | - 높은 리소스 사용 - 느린 통신 | - 높은 리소스 사용 - 복잡한 구현 - 비용 높음 | - 동기화 필요 - 디버깅 어려움 - 공유 자원 관리 필요 |
| 적합한 사용 사례 | - 독립적인 작업 실행 - 일반적인 데스크톱 환경 | - 대규모 데이터 처리 - 고성능 컴퓨팅 | - GUI 애플리케이션 - 웹 서버 - 게임 엔진 |
이러한 기술들은 서로 배타적이지 않으며, 현대의 시스템에서는 이들을 조합하여 사용하는 것이 일반적이다.
예를 들어, 멀티코어 시스템에서 여러 프로세스(멀티프로세싱)가 실행되고, 각 프로세스 내에서는 여러 스레드(멀티스레딩)가 실행되며, 이 모든 것이 멀티태스킹 환경에서 동작하는 것이다.
Multitasking은 사용자 인터페이스의 반응성을 높이는 데 유용하고, Multithreading은 단일 애플리케이션의 성능을 최적화하는 데 효과적이며, Multiprocessing은 대규모 병렬 처리가 필요한 작업에 적합하다.