[OS] OS 프로세스, JAVA 스레드의 상태를 비교해보자 🤔

기본적인 OS 프로세스의 상태와 전이 과정

운영체제에서 프로세스(Process)는 실행 중인 프로그램을 의미하며, 특정한 상태(state)를 가지면서 실행 흐름을 이어간다.

아래는 대표적인 프로세스 상태 전이 과정에 대한 정리 내용이다.

1. NEW → READY

• 프로세스가 처음 생성되면 NEW 상태로 시작한다.
• OS가 이 프로세스를 준비 상태로 올리면, READY 상태가 된다.

❓ READY 상태란?
CPU에서 실행될 준비는 되었지만, 아직 CPU를 배정받지 못한 상태이다.

2. READY → RUNNING

• 스케줄러에 의해 이 프로세스에게 CPU가 할당되면, RUNNING 상태로 전이된다.
• RUNNING 상태는 프로세스는 실제로 CPU 위에서 명령어를 실행 중인 상태이다.

3. RUNNING → READY (타임슬라이스 만료)

• 프로세스는 할당된 time slice(CPU 사용 시간)를 다 사용하면, READY 상태로 돌아간다.
• 이는 선점형(preemptive) 스케줄링 환경에서 흔히 발생하는 동작이다.

❓ 왜 RUNNING에서 다시 READY로 가는 걸까?
CPU를 독점하지 않고, 다른 프로세스에게도 CPU를 양보하기 위해서이다

4. RUNNING → WAITING (I/O 또는 동기화 대기)

• 실행 중이던 프로세스가 I/O 작업을 요청하거나,
  또는 임계 구역(critical section)에 진입해야 하는데 락(lock)을 획득하지 못한 경우,
  WAITING 상태로 전이된다.

5. WAITING → READY

• 기다리던 작업이 완료되거나(예: 디스크 I/O 완료),
  임계 구역 진입 조건이 만족되면, 프로세스는 다시 READY 상태가 된다.
• 이때에도 바로 실행되지 않고, 스케줄러가 다시 CPU를 배정할 때까지 기다린다.

❓ WAITING → RUNNING으로 바로 전이되지 않는 이유는?
모든 실행은 항상 스케줄러의 판단을 거쳐야 하기 때문이다.

6. RUNNING → TERMINATED

• 프로세스의 실행이 모두 끝났거나, 예외(Exception) 등으로 비정상 종료되는 경우, TERMINATED(종료 상태)로 전이된다.
• 이 시점부터 OS는 해당 프로세스의 자원(메모리 등)을 해제할 준비를 한다.

📎 참고

• 스레드의 상태 전이 흐름은 커널 수준에서 프로세스와 거의 동일한 방식으로 처리된다.
• 하지만 각 상태의 이름이나 세부 동작 방식은 운영체제 종류(Windows, Linux 등)에 따라 약간씩 다를 수 있다.
• 예를 들어, 일부 OS는 Ready, Blocked, Suspended 등의 용어를 다르게 정의하거나 분리해서 사용하기도 한다.

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State of Java Thread

프로그래밍 언어마다 스레드의 상태를 정의하는 방식은 서로 다르기 때문에, 여기에서는 Java의 스레드 상태를 살펴보자.

자바 스레드 상태는 JVM(Java Virtual Machine)이 Java 프로그램에 보고하는 상태를 의미하며, 이는 운영체제(OS)의 스레드 상태를 직접적으로 반영하는 것은 아니다. 즉, 더 추상화된 상태를 제공한다.

자바에는 java.lang.Thread 클래스 내부에 State라는 이름의 Enum으로 총 6개의 스레드 상태가 선언되어 있다.

자바 스레드의 상태 종류

• NEW: 스레드가 생성되고 나서 아직 실행되지 않은 상태
• RUNNABLE: JVM 관점에서 실행 중인 상태
  • 현재 CPU에서 실행 중이거나, OS의 스케줄링에 따라 CPU 점유 대기 중인 경우도 RUNNABLE 상태이다.
  • 즉, OS의 RUNNING과 READY 상태를 포괄한다. IO 작업의 결과를 기다리는 경우도 이 상태인 것이다.
  • OS의 RUNNING 상태에 비해 Java의 RUNNABLE 상태는 훨씬 포괄적이다.
• BLOCKED: Critial section으로 들어가려고 Monitor를 얻기 위해 기다리는 상태
• WAITING: 다른 스레드가 특정 작업을 해줄 때까지 영원히 기다리는 상태(timeout 없음)
  • Object.wait(), Thread.join(), LockSupport.park() 메서드 등을 통해 이 상태로 진입하여 대기하는 상태가 된다.
  • Object.wait()를 호출한 스레드는 → 다른 스레드가 같은 객체에 대해 notify() 또는 notifyAll()을 호출해주기를 기다림.
  • Thread.join()을 호출한 스레드는 → 지정된 다른 스레드가 종료될 때까지 기다림.
• TIMED_WAITING: 제한 시간동안 대기하는 상태
  • 최대 대기 시간을 명시할 수 있다는 것이 WAITING 상태와의 차이점이다.
  • 다음 메서드 호출로 인해 진입함 (모두 시간 제한 있음):
    • Thread.sleep(sleeptime)
    • Object.wait(timeout)
    • Thread.join(timeout)
    • LockSupport.parkNanos(timeout)
    • LockSupport.parkUntil(timeout)
• TERMINATED: 실행을 마치고 종료된 상태

출처: https://www.uml-diagrams.org/java-thread-uml-state-machine-diagram-example.html

• 위 그림에 있는 Ready와 Running 상태는 자바의 레거시 상태인데, 이해의 편의를 위해 Runnable의 substates로 추가한 것이다.