[Concurrency] 기본개념

동시성에 대한 이해와 용어 습득을 위해 기본적인 개념들을 정리한다.

프로세스(Process)

동시성에 있어서 가장 중요한 기본단위는 스레드가 아니라 프로세스다.
여기서 말하는 프로세스는 OS의 프로세스와는 다르다.

프로세스는 다음과 같은 상태 전이를 가지는 일련의 작업 단위를 말한다.

여기서 특이한 점은 실행 중에 언제든 "대기 상태"로 전환되었다가 다시 실행 상태로 돌아올 수 있다는 점이다.

대기 상태로 전환되는 이유에는 I/O로 인한 데이터 대기, 리소스 부족으로 인한 대기, 혹은 할일이 없을때 리소스를 아끼기 위해서 대기하는 것 등이 있다.

동시성(Concurrency)과 병렬성(Paralleism)

동시성은 2개 이상의 프로세스가 동시에 계산 중인 상태에 있다는 것을 나타내는 용어다.
시분할처리 등을 통해 동시에 실행되는 것처럼 보이는 것과, 멀티코어를 통해 실제로 동시에 실행되는 것을 모두 동시성이라 말한다.

병렬성도 의미가 거의 유사해서 혼용되는 경우가 많은데, 보통은 멀티코어를 통해 동시에 실행되는 것만을 가리킬때 주로 사용한다.
병렬성이 동시성에 포함되는 개념이라고 볼 수 있다.

병렬성의 종류

병렬성이라고 부르는것도 관점에 따라 종류가 좀 갈린다.

1. 태스크 병렬성
여러개의 태스크를 동시에 실행하는 것을 말한다. 여기서 태스크는 프로세스나 스레드의 개념과 거의 같다.
보통 멀티스레드를 구현한다고 하면 태스크 병렬성을 적용하는 것이다.

2. 데이터 병렬성
데이터를 여러개로 분할해서 병렬로 처리하는 방법을 말한다.
예를 들면 그래픽연산에서 벡터연산을 하는 것 등이 있다.

3. 인스트럭션 레벨 병렬성
CPU의 인스트럭션 수준에서 병렬화를 수행하는 것을 말한다.
컴퓨터구조나 어셈블리를 배웠다면 들었을 파이프라이닝(Pipelining)의 개념과 동일하다.
사실 이건 컴파일러가 수행하는 최적화라서 일반 개발자가 다룰 영역은 아니다.

동시성이 왜 중요한가?

동시성이 필요한 이유는 크게 2가지 정도가 있을 수 있다.

첫번째는 분할 처리를 통한 성능 향상이다.
여러개의 코어를 동시에 활용해서 큰 작업을 분할해서 보다 빠르게 작업을 수행할 수 있다.

두번째는 I/O로 인한 대기시간을 아끼는 것이다.
I/O는 생각보다 많은 대기시간이 발생하고 큰 낭비가 발생하는 부분이다. 현대의 프로그램들의 성능 저하는 대부분 I/O에서 발생한다.
I/O로 인해 발생하는 대기시간을 컴퓨팅 리소스로 활용하고 최적화할 수 있게 해주는 것이 동시성 프로그래밍이다.