プロセスとスレッド

プロセス：独立したメモリ空間を持つ実行単位

プロセスは、プログラム（ディスク上の静的なファイル）を OS が読み込んで 実行状態にしたもの。プロセスごとに OS が次のような独立した資源を割り当てます。

• 仮想アドレス空間：コード（text）・データ・ヒープ・スタックを含む、そのプロセス専用のメモリ
• ファイルディスクリプタ：開いているファイルやソケットの一覧
• PID（プロセスID）・権限・環境変数 など

重要なのは、各プロセスが 自分専用の仮想メモリ を持つこと。プロセス A から見えるアドレス 0x1000 と、プロセス B の 0x1000 は 別の物理メモリ を指します（仮想記憶の働き。詳しくは /os/virtual-memory/）。

→ あるプロセスがバグでメモリを壊しても、他のプロセスには波及しにくい。この 隔離 が堅牢性の源です。

スレッド：プロセス内でメモリを共有する実行単位

スレッドは、プロセスの中で CPU に実行される流れ そのものです。同じプロセスのスレッドどうしは、多くの資源を 共有 します。

プロセス（1つのアドレス空間）
├─ コード(text) ─┐
├─ データ        ├─ スレッド間で共有
├─ ヒープ        ┘
├─ スレッド1 → 専用スタック + レジスタ + PC
└─ スレッド2 → 専用スタック + レジスタ + PC

• 共有するもの：コード・グローバル/静的データ・ヒープ・開いているファイル
• スレッドごとに固有のもの：スタック・レジスタ・プログラムカウンタ（PC）

つまりスレッドは「どこを実行中か（PC）」と「ローカル変数や呼び出し履歴（スタック）」だけを個別に持ち、残りは共有します。だから データの受け渡しが速く・軽い 一方で、共有メモリへの同時アクセスで簡単に壊れます（→ /os/concurrency-control/）。

比較表

コンテキストスイッチ：切り替えのコスト

CPU コアは一度に1つの実行単位しか走らせられないため、OS は短い時間ごとに実行対象を切り替えます。これが コンテキストスイッチ です（切り替えの判断は /os/scheduling/ が行います）。

切り替え時に OS は、走っていたスレッドの レジスタ・PC・スタックポインタ を保存し、次のスレッドのそれを復元します。ここで プロセスをまたぐ 切替は割高になります。

並行と並列：似て非なるもの

「同時に動く」という言葉には2つの意味があり、混同されがちです。

• 並行（concurrency）：複数のタスクを 見かけ上同時 に進める。1コアでも、高速に切り替えれば実現できる（時分割）
• 並列（parallelism）：複数のタスクを 物理的に同時 に実行する。複数のコア（または CPU）が必要

並行（1コア）：  A → B → A → B → A   （素早く交代して進める）
並列（2コア）：  コア1: A A A A
                 コア2: B B B B       （本当に同時に走る）

マルチプロセス vs マルチスレッド

並行・並列を実現する手段として、複数プロセスで攻めるか、複数スレッドで攻めるかを選びます。

• マルチプロセス：プロセスを複数立てる。隔離が強く堅牢（1つが落ちても他は生存）。ただし生成・切替が重く、データ共有には IPC（パイプ・共有メモリ・ソケット等）が必要
• マルチスレッド：1プロセス内でスレッドを複数立てる。軽量でデータ共有が容易。ただし1スレッドの暴走（不正アクセス等）が プロセス全体を巻き込む ことがある

実際の設計では両者を組み合わせます。例えば多くの Web ブラウザは タブやサイトごとにプロセスを分離（クラッシュやセキュリティを隔離）しつつ、各プロセス内では 複数スレッド で描画やネットワークを並行処理します。

どう選ぶ？

• 堅牢性・隔離・セキュリティ境界 が欲しい（1つの障害を全体に波及させたくない）→ マルチプロセス
• 軽量な並行・密なデータ共有（生成/切替を安くしたい、変数を直接やり取りしたい）→ マルチスレッド
• そもそも 待ち時間（I/O）が支配的 なら、スレッドを増やすより 非同期 で1スレッドを遊ばせない設計が有効なことも → /programming/sync-async/