[운영체제] 04. Threads & Concurrency

 

 

스레드란 무엇인가?

웹 서버를 예시로 들어 설명할게요!

• 웹 서버(Web server)
  • 웹 페이지를 제공하는 컴퓨터 프로그램

• 웹 서버는 한 번에 많은 클라이언트를 서비스해야 합니다.
• 웹 서버가 입출력(I/O) 작업을 수행하면?
  • 블록될 것입니다.
  • 다른 클라이언트의 요청을 처리할 수 없습니다.

• 동시 서비스(concurrent service)를 위해 많은 서버 프로세스가 필요합니다.
  • 메모리 공간 낭비.
  • 프로세스를 생성하는 동안 delay 발생.

• 스레드(Thread)가 필요합니다.
  • Code, data, and resources를 공유할 수 있습니다.
  • Register values and stacks은 공유할 수 없습니다.

 

Thread

• CPU utilization의 기본 단위
• 각 프로세스는 여러 스레드를 포함할 수 있습니다.

모든 프로세스의 스레드가 다음을 공유합니다.

• code, data, heap
• open files
• signal handlers
• working environment (현재 디렉터리, 사용자 ID 등)

각 스레드는 고유의 것을 가집니다. (공유하지 않는 것)

• stack
• register
• thread ID

Single and Multi-threaded processes

 

스레드 vs 프로세스

• fork를 사용한 새 프로세스 생성은 비용이 많이 듭니다.
  • time & memory
• 스레드는 많은 메모리나 시작 시간(startup time)이 필요하지 않습니다.
  • 때로는 lightweight process라고 합니다.

• 응답성(Responsiveness)
  • 프로세스의 일부가 블록되더라도 계속 실행할 수 있습니다.
  • 예: 웹 서버는 한 스레드에서 다른 웹 클라이언트를 서비스하면서 다른 스레드에서 파일을 로드할 수 있습니다.
• 리소스 공유(Resource Sharing)
  • 메모리와 리소스를 공유할 수 있습니다.
• 경제성(Economy)
  • 프로세스 생성 및 context switching에 대한 오버헤드가 낮습니다.
• 다중 프로세서 아키텍처(MP Architectures)의 활용
  • 다중 프로세서 아키텍처에서의 병렬성(Parallelism)이 증가합니다.

Multicore Programming(멀티코어 프로그래밍)

• 멀티코어(multicore) 또는 멀티프로세서(multiprocessor) 시스템은 프로그래머에게 압박을 줍니다. 도전 과제는 다음과 같습니다:
  • Dividing activities
  • Balance
  • Data splitting
  • Data dependency
  • Testing and debugging
• 병렬성(Parallelism)은 시스템이 동시에 둘 이상의 작업을 수행할 수 있음을 의미합니다.
• 동시성(Concurrency)은 진행 중인 하나 이상의 작업을 지원합니다.
  • 단일 프로세서/코어에서 스케줄러가 동시성을 제공합니다.

• 단일 코어 시스템에서 동시 실행(Concurrent execution)

• 멀티코어 시스템에서 병렬성(Parallelism)

 

User threads vs. Kernel thread

User thread

• 사용자 수준의 쓰레드 라이브러리(user-level threads library)에서 지원됩니다.
  • POSIX pthreads
  • Win32 threads
  • Java threads

Kernel thread

• 운영 체제에 의해 직접 지원되고 관리됩니다.
  • Windows XP/2000
  • Solaris
  • Linux
  • Mac OS X

Linux threads

• 쓰레드를 생성하기 위해 clone() system call이 사용됩니다.
• Linux는 프로세스와 쓰레드를 구분하지 않습니다.

clone 플래그 세트는 부모와 자식 간의 공유 정도를 결정합니다.

• 예시 1: clone(COLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND, 0)
  • 쓰레드에 가깝습니다.
• 예시 2: clone(CLONE_SIGHAND, 0)
  • 프로세스에 가깝습니다.

flag	meaning
CLONE_FS	파일 시스템 정보가 공유됩니다.
CLONE_VM	동일한 메모리 공간이 공유됩니다.
CLONE_SIGHAND	시그널 핸들러가 공유됩니다.
CLONE_FILES	열린 파일들이 공유됩니다.

 

clone(CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND, 0)