파이썬에서의 프로세스와 스레드: 병렬 실행의 이해와 활용

프로그래밍 세계에서 병렬 실행은 작업 처리 속도를 향상시키는 주요 방법 중 하나입니다.

특히 파이썬과 같은 고수준 언어에서는 이러한 병렬 처리를 쉽게 구현할 수 있는 다양한 방법을 제공합니다. 병렬 처리의 두 가지 기본적인 형태는 프로세스와 스레드입니다. 이 글에서는 파이썬을 사용하여 프로세스와 스레드를 어떻게 활용할 수 있는지, 그리고 각각의 장단점은 무엇인지에 대해 알아보겠습니다.

 

프로세스란?

프로세스는 운영 체제로부터 독립적인 메모리 공간을 할당받은 실행 중인 프로그램의 인스턴스입니다. 파이썬에서 multiprocessing 모듈을 사용하면, CPU의 여러 코어를 활용하여 동시에 여러 작업을 수행할 수 있습니다. 각 프로세스는 완전히 독립된 메모리 공간에서 실행되기 때문에, 한 프로세스의 오류가 다른 프로세스에 영향을 미치지 않습니다. 이는 프로그램의 안정성을 높이는 데 도움이 됩니다. 그러나, 프로세스 간 통신(IPC)을 설정해야 하며, 이는 상대적으로 복잡하고 비용이 많이 드는 작업일 수 있습니다.

 

스레드란?

스레드는 프로세스 내에서 실행되는 경량 프로세스로, 동일한 메모리 공간을 공유합니다. 파이썬의 threading 모듈을 통해 구현할 수 있으며, 스레드 간의 데이터 공유와 통신이 상대적으로 간단합니다. 그러나, 이로 인한 동시성 문제가 발생할 수 있어 주의가 필요합니다. 파이썬에서는 글로벌 인터프리터 락(GIL)이라는 메커니즘 때문에, 한 번에 하나의 스레드만 실행될 수 있어, 계산 집약적 작업에서는 멀티 코어의 이점을 살리기 어렵습니다. 그러나 I/O 바운드 작업에서는 매우 유용하게 사용될 수 있습니다.

 

프로세스와 스레드의 선택

1. 계산 집약적 작업 
   • 여러 데이터를 동시에 처리하거나 복잡한 연산이 필요한 경우, multiprocessing 모듈을 사용하여 여러 프로세스를 생성하는 것이 좋습니다.
   • 이 방식은 각 프로세스가 독립적인 메모리 공간에서 실행되기 때문에 메모리 사용량이 늘어나는 단점이 있지만,
   • CPU 코어를 효율적으로 활용하여 작업을 빠르게 처리할 수 있습니다.
2. I/O 바운드 작업 
   • 파일 입출력, 네트워크 요청 처리 등의 작업은 CPU보다는 입출력 작업의 완료를 기다리는 시간이 더 길어, threading 모듈을 통한 스레드 사용이 더 효율적입니다.
   • 스레드는 메모리를 공유하기 때문에 자원 사용이 효율적이며,
   • I/O 작업을 기다리는 동안 다른 스레드가 CPU를 사용할 수 있어 전체 프로그램의 응답성이 향상됩니다.

 

결론

파이썬에서 프로세스와 스레드는 각각의 장단점을 가지고 있으며, 사용 사례에 따라 적절한 선택이 필요합니다. 계산 집약적 작업에는 프로세스를, I/O 바운드 작업에는 스레드를 사용하는 것이 일반적인 지침이 될 수 있습니다. 그러나 실제 애플리케이션에서는 이 두 가지 방법을 적절히 혼합하여 사용하는 경우도 많습니다. 병렬 처리를 통해 프로그램의 성능을 최적화하는 것은 개발자의 역량을 크게 향상시킬 수 있는 중요한 기술 중 하나입니다.