# 2단원. 프로세스와 스레드 (최빈출 단원)

> 대상: 전공자 · 정보처리기사 취득자 | 목적: 인프라 직무 기술 면접 대비
> 중요도: ★★★ 최빈출 · ★★ 자주 출제 · ★ 기본 개념

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## Q1. 프로세스와 프로그램의 차이는 무엇인가요? ★★★

**답안**
프로그램은 디스크에 저장된 정적인 실행 파일(코드와 데이터)이고, 프로세스는 그 프로그램이 메모리에 적재되어 실행 중인 동적인 인스턴스입니다. 프로세스는 코드뿐 아니라 PC(프로그램 카운터), 레지스터, 스택, 힙, 열린 파일 목록 등 실행 상태를 가지며, 하나의 프로그램에서 여러 프로세스가 동시에 생성될 수 있습니다.

**관련 개념**
실행 파일(ELF), 프로세스 이미지, 주소 공간, PCB

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## Q2. 프로세스의 메모리 구조(주소 공간)를 설명하세요. ★★★

**답안**
낮은 주소부터 **코드(텍스트) 영역**(기계어 명령, 읽기 전용), **데이터 영역**(전역·정적 변수, 초기화된 data와 초기화되지 않은 BSS), **힙**(malloc 등 동적 할당, 위로 성장), **스택**(지역 변수·함수 호출 프레임·복귀 주소, 아래로 성장)으로 구성됩니다. 스택과 힙이 서로를 향해 자라다 충돌하면 스택 오버플로우/메모리 부족이 발생합니다. 각 프로세스는 독립된 가상 주소 공간을 가져 서로의 메모리를 직접 침범할 수 없습니다.

**관련 개념**
Text/Data/BSS/Heap/Stack, 가상 주소 공간, 스택 오버플로우, ASLR(보안 연계)

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## Q3. 프로세스와 스레드의 차이를 설명하세요. ★★★

**답안**
프로세스는 자원 소유의 단위, 스레드는 CPU 스케줄링(실행)의 단위입니다. 프로세스는 독립된 주소 공간과 자원을 가지지만, 한 프로세스 안의 스레드들은 코드·데이터·힙·열린 파일을 **공유**하고 스택과 레지스터(PC 포함)만 각자 가집니다. 그래서 스레드는 생성·전환 비용이 싸고 통신이 쉽지만, 공유 메모리로 인한 동기화 문제가 생기고 한 스레드의 오류가 프로세스 전체를 죽일 수 있습니다. 프로세스는 격리성이 좋은 대신 생성·전환·IPC 비용이 큽니다.

**관련 개념**
자원 공유 범위, 스택/레지스터 독립, 동기화 필요성, 격리성 vs 효율성

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## Q4. PCB(Process Control Block)에는 어떤 정보가 들어있나요? ★★★

**답안**
PCB는 커널이 프로세스를 관리하기 위해 유지하는 자료구조로, 프로세스 상태(실행·준비·대기 등), PID, 프로그램 카운터와 레지스터 값, CPU 스케줄링 정보(우선순위 등), 메모리 관리 정보(페이지 테이블 포인터), 열린 파일 목록, 계정 및 I/O 상태 정보가 저장됩니다. 컨텍스트 스위칭 시 현재 프로세스의 실행 문맥을 PCB에 저장하고, 다음 프로세스의 PCB에서 문맥을 복원합니다. 리눅스에서는 task_struct가 이에 해당합니다.

**관련 개념**
task_struct, 컨텍스트 스위칭, 프로세스 테이블

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## Q5. 프로세스 상태 전이도를 설명하세요. ★★★

**답안**
**생성(new) → 준비(ready) → 실행(running) → 종료(terminated)**가 기본 흐름이고, 실행 중 I/O 등 이벤트를 기다리면 **대기(waiting/blocked)**로 갔다가 완료되면 준비로 돌아갑니다. 핵심 전이는 ① 준비→실행: 스케줄러의 디스패치, ② 실행→준비: 타임 슬라이스 만료나 선점, ③ 실행→대기: I/O 요청 등 블로킹, ④ 대기→준비: 이벤트 완료입니다. 대기 상태에서 곧바로 실행으로 갈 수 없다는 점(반드시 준비를 거침)이 자주 나오는 포인트입니다. 메모리 부족 시 프로세스를 디스크로 내리는 중단(suspended) 상태를 추가하기도 합니다.

**관련 개념**
디스패치, 선점, 블로킹, suspended ready/blocked, 중기 스케줄러

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## Q6. 컨텍스트 스위칭이란 무엇이고, 왜 비용이 발생하나요? ★★★

**답안**
CPU를 한 프로세스(스레드)에서 다른 프로세스로 넘길 때 현재 실행 문맥(레지스터, PC 등)을 PCB에 저장하고 다음 프로세스의 문맥을 복원하는 작업입니다. 비용은 ① 레지스터 저장/복원과 커널 모드 전환 같은 직접 비용, ② 캐시·TLB가 무효화되어 이후 메모리 접근이 느려지는 간접 비용으로 나뉘며, 실제로는 간접 비용이 더 큽니다. 같은 프로세스 내 스레드 간 전환은 주소 공간이 같아 TLB 플러시가 필요 없어 프로세스 간 전환보다 쌉니다.

**관련 개념**
PCB 저장/복원, TLB 플러시, 캐시 오염, 스레드 전환 vs 프로세스 전환

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## Q7. fork()와 exec()의 차이와, 자주 함께 쓰이는 이유를 설명하세요. ★★★

**답안**
fork()는 호출한 프로세스를 복제해 자식 프로세스를 만듭니다. 자식은 부모의 주소 공간 복사본을 가지며, 반환값(부모=자식 PID, 자식=0)으로 구분합니다. exec()는 현재 프로세스의 주소 공간을 새 프로그램으로 교체합니다(PID 유지). 쉘이 명령을 실행할 때 fork()로 자식을 만들고 자식에서 exec()로 명령 프로그램을 실행하는 fork-exec 패턴이 표준입니다. fork()의 복사 비용은 **Copy-on-Write**로 최적화되어, 실제로는 페이지 테이블만 복사하고 쓰기가 발생할 때만 해당 페이지를 복사합니다.

**관련 개념**
fork-exec 패턴, Copy-on-Write(COW), wait(), PID

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## Q8. 좀비 프로세스와 고아 프로세스의 차이는 무엇이며, 좀비는 어떻게 처리하나요? ★★★

**답안**
**좀비 프로세스**는 자식이 종료되었지만 부모가 wait()로 종료 상태를 회수하지 않아 프로세스 테이블 항목만 남은 상태입니다. 메모리는 거의 안 쓰지만 PID를 점유하므로 대량 발생 시 PID 고갈이 될 수 있습니다. 부모가 wait()/waitpid()를 호출하거나, SIGCHLD 핸들러에서 회수하도록 하고, 이미 쌓였다면 부모를 종료시켜 init(systemd)이 입양 후 회수하게 합니다. **고아 프로세스**는 부모가 먼저 죽은 자식으로, init(PID 1)이 입양하여 정상 관리되므로 좀비만큼 문제가 되지 않습니다.

**관련 개념**
wait()/waitpid(), SIGCHLD, init 입양, defunct(ps에서 Z 상태)

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## Q9. IPC(프로세스 간 통신) 방식들을 비교 설명하세요. ★★★

**답안**
크게 **공유 메모리**와 **메시지 전달**로 나뉩니다. 공유 메모리는 두 프로세스가 같은 메모리 영역을 매핑해 통신하며, 커널 개입 없이 읽고 써서 가장 빠르지만 동기화를 직접 해야 합니다. 메시지 전달은 커널을 경유해 안전하지만 시스템 콜 오버헤드가 있습니다. 구체적으로는 파이프(부모-자식 단방향), 네임드 파이프(FIFO, 무관한 프로세스 간), 메시지 큐, 시그널(간단한 이벤트 통지), 소켓(네트워크 포함, 다른 호스트 간 가능), 공유 메모리+세마포어 조합 등이 있습니다. 같은 호스트 대용량 데이터는 공유 메모리, 원격 통신은 소켓이 정석입니다.

**관련 개념**
파이프/FIFO, 메시지 큐, 공유 메모리(shm), 시그널, 유닉스 도메인 소켓, TCP 소켓

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## Q10. 사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드의 차이를 설명하세요. ★★

**답안**
**사용자 수준 스레드**는 커널이 모르는 채 사용자 공간 라이브러리가 스케줄링합니다. 생성·전환이 매우 싸지만, 한 스레드가 블로킹 시스템 콜을 하면 프로세스 전체가 블록되고 멀티코어 병렬 실행이 안 됩니다. **커널 수준 스레드**는 커널이 직접 관리해 개별 블로킹과 멀티코어 활용이 가능하지만 생성·전환에 시스템 콜이 필요해 상대적으로 무겁습니다. 매핑 모델로 다대일, 일대일(리눅스 NPTL, 현대 표준), 다대다가 있으며, Go의 고루틴은 다대다(M:N)를 런타임에서 구현한 사례입니다.

**관련 개념**
다대일/일대일/다대다 모델, NPTL, 고루틴, 그린 스레드

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## Q11. 멀티스레드 대신 멀티프로세스를 쓰는 게 나은 경우는 언제인가요? ★★

**답안**
격리성과 안정성이 중요할 때입니다. 멀티프로세스는 한 프로세스가 죽어도 다른 프로세스에 영향이 없어, 크롬 브라우저(탭별 프로세스), nginx(워커 프로세스), 오래된 아파치 prefork가 이 방식을 씁니다. 보안상 권한 분리가 필요하거나(권한 낮춘 워커), 파이썬처럼 GIL 때문에 스레드로 CPU 병렬화가 안 되는 경우도 멀티프로세스가 답입니다. 반대로 데이터 공유가 잦고 생성·전환 비용이 민감하면 멀티스레드가 유리합니다.

**관련 개념**
장애 격리, 권한 분리, GIL, nginx 워커 모델, 크롬 프로세스 모델

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## Q12. 스레드 풀은 왜 사용하나요? ★★

**답안**
요청마다 스레드를 생성/파괴하면 비용이 크고, 요청 폭주 시 스레드가 무한정 늘어나 메모리 고갈과 과도한 컨텍스트 스위칭이 발생합니다. 스레드 풀은 미리 일정 수의 스레드를 만들어 두고 작업 큐에서 작업을 꺼내 처리하게 하여, ① 생성 비용 제거 ② 동시 스레드 수 상한으로 시스템 보호 ③ 응답 시간 안정화를 달성합니다. 풀 크기는 CPU 바운드 작업이면 코어 수 내외, I/O 바운드 작업이면 그보다 크게 잡는 것이 일반적입니다.

**관련 개념**
작업 큐, 스레드 생성 비용, CPU 바운드 vs I/O 바운드, 백프레셔

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## Q13. CPU 바운드 프로세스와 I/O 바운드 프로세스의 차이는? ★★

**답안**
CPU 바운드는 계산 위주로 CPU 버스트가 길고(인코딩, 과학 계산), I/O 바운드는 I/O 대기가 대부분이며 CPU 버스트가 짧습니다(웹 서버, DB 클라이언트). 스케줄러는 응답성을 위해 I/O 바운드에 우선권을 주는 경향이 있습니다. I/O 바운드가 CPU를 짧게 쓰고 빨리 I/O를 걸어야 장치 이용률도 올라가기 때문입니다. 서버 튜닝 관점에서 CPU 바운드는 코어 수 증설·병렬화, I/O 바운드는 비동기 I/O·캐싱이 처방입니다.

**관련 개념**
CPU 버스트/I/O 버스트, 다단계 피드백 큐의 우선순위 부여, 비동기 I/O

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## Q14. 데몬 프로세스란 무엇인가요? ★

**답안**
터미널과 분리되어 백그라운드에서 상주하며 서비스를 제공하는 프로세스입니다(sshd, nginx, crond 등). 전통적으로 fork 후 부모 종료, setsid()로 새 세션 생성(제어 터미널 분리), 작업 디렉터리 변경, 표준 입출력 리다이렉트 과정을 거쳐 만들어집니다. 현대 리눅스에서는 systemd가 서비스 유닛으로 데몬의 기동·재시작·로깅을 관리합니다.

**관련 개념**
setsid(), 세션과 프로세스 그룹, systemd 서비스 유닛, nohup

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## Q15. 시그널(Signal)이란 무엇이고 어떻게 처리되나요? ★★

**답안**
시그널은 프로세스에게 비동기적으로 이벤트를 알리는 소프트웨어 인터럽트입니다. SIGTERM(정상 종료 요청), SIGKILL(강제 종료, 무시·처리 불가), SIGINT(Ctrl+C), SIGSEGV(잘못된 메모리 접근), SIGCHLD(자식 종료) 등이 있습니다. 프로세스는 시그널을 기본 동작으로 처리하거나, 핸들러를 등록해 직접 처리하거나, 무시할 수 있습니다(SIGKILL/SIGSTOP 제외). 운영 관점에서 kill -15로 정상 종료를 시도한 뒤 안 되면 kill -9를 쓰는 것이 안전한 순서입니다.

**관련 개념**
kill 명령, 시그널 핸들러, SIGKILL vs SIGTERM, graceful shutdown

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## Q16. 프로세스 우선순위(nice 값)는 무엇인가요? (리눅스 운영 연계) ★

**답안**
리눅스에서 nice 값은 -20(높은 우선순위)부터 19(낮은 우선순위)까지이며, 기본값은 0입니다. CFS 스케줄러는 nice 값에 따라 CPU 시간 배분 가중치를 달리합니다. nice/renice 명령으로 조정하며, 우선순위를 높이는 것(-값)은 루트 권한이 필요합니다. 배치성 작업을 nice 19로 돌려 서비스 프로세스에 영향을 줄이는 식으로 운영에 활용합니다. 이와 별개로 실시간 정책(SCHED_FIFO/RR)은 일반 프로세스보다 항상 우선합니다.

**관련 개념**
nice/renice, CFS 가중치, 실시간 스케줄링 정책, ionice

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