faq

스레드

• 프로그램 내에서 여러 개의 실행 흐름을 두기 위함

• 사람을 프로세서로(실행 중인 프로그램)

• 각 독립적인 일의 단위를 스레드라고 함

• 즉 하나의 프로세서에서 병렬적으로 여러 개 작업을 처리하기 위해 각 작업을 스레드화 하여 멀티스레딩이 가능하게 함

ex. 워드 사용시

• 글자 입력하면서

• 파일을 주기적으로 자동저장

• 입력하는 동안 맞춤법도 검사

  이 모든 작업들은 각 스레드에 의해서 이뤄짐. 즉, 워드라는 큰 프로세스 안에 여러 개의 스레드가 있음

이점

• 한 번에 하나의 일을 처리하는 것이 아닌 동시에 많은 일 처리 가능

• 같은 일을 더 빠른 시간 내에 처리 가능

멀티 프로세스

• 부모-자식 관계여도 자신만의 메모리 영역 가짐

• fork 를 통해 프로세스 복사

• 프로세스 간 통신 하려면 IPC(Inter Process Communication: 세마포어, 큐, 공유메모리)

  부모프로세스
| code 영역  |  -> 똑같이 생긴 영역 생성
| Data 영역  |
| Heap 영역  |
| stack 영역 |

멀티 스레드

• 1 개의 프로세스가 다수 개의 작업을 각각 스레드를 이용하여 동시 작동 가능

• 스레드는 다음과 같은 공유 메모리 가짐

img

비교

멀티 프로세스와 비교하여 멀티스레드가 가지는 이점

• 컨텍스트 스위칭시에 공유 메모리 만큼 시간 손실 감소

  • 프로세스 간 컨텍스트 스위칭시 단순히 CPU 레지스터 교체 뿐 아니라 RAM과 CPU 사이의 캐쉬메모리에 대한 데이터까지 초기화됨.

  • Stack을 제외한 모든 메모리를 공유 하기 때문에 global(전역), static(정적) 변수 그리고 new, malloc에 의한 모든 자료를 공유할 수가 있다.

계산기와 메모장처럼 서로 완전히 별개의 프로그램이면 별개의 프로세스 구성, 서로 관련된 기능들은 멀티스레드로 구현하는게 이득

공유할 때 생기는 문제

• critical section기법으로 해결

컨텍스트 스위칭

CPU가 어떤 프로세스 실행 중인데, 인터럽트 요청에 의해 다음 우선순위의 프로세스 실행 될 때,

• 레지스터 값(Context) 저장하고

• CPU가 다음 프로세스를 수행하도록 새로운 프로세스의 레지스터 값(Context)교체하는 작업

  • context switching시에 CPU는 아무 일도 못함. 그래서 컨텍스트 스위칭이 잦아지면 오버헤드 발생

critical section

하나의 스레드가 공유데이터 값을 변경하는 시점에 다른 스레드가 그 값을 읽기 시도하면 예측 불가능한 결과 그래서 공유데이터의 접근에 동기화 필요

임계 구역 문제 해결하기 위한 요구 조건

1. 상호 배제

   • 1개의 프로세스가 임계 구역에서 실행되고 있다면, 다른 프로세스들은 임계 구역에서 실행 불가

2. 진행

   • 임계 구역에서 실행되고 있는 프로세스가 없을 경우, 들어갈 프로세스를 적절히 선택

3. 한정된 대기

   • 프로세스 기아를 방지하기 위해, 한 번 임계구역에서 실행된 프로세스는 다음 실행시 제한

뮤텍스와 세마포어

둘 다 커널 자원에서의 동기화 서비스로 제공됨.

생산자 스레드는 데이터를 모으고 버퍼에 씀 구매자 스레드는 버퍼로부터 데이터를 모음 두 스레드는 동시에 실행 불가

이 문제의 해결방안은?

뮤텍스

• 상호배제 제공

• 생산자(p) 혹은 구매자(c)는 뮤텍스를 가지고 일을 진행

• p로 인해 버퍼를 채운다면 c는 기다려야함 (반대도 동일)

• 그 결과 어느시점에서든 오직 1개의 스레드만이 전체 버퍼에서 일할 수 있음

세마포어

• 일반화된 뮤텍스

• 4kb 버퍼를 4개의 1kb로 분리 가능

• 분리된 4개의 버퍼에 각 세마포어 할당 가능

• c와 p는 동시에 다른 버퍼에서 일할 수 있음

뮤텍스는 Bool, 세마포어는 int다. 바이너리 세마포어는 0,1만 사용하기에 bool이다.

하지만 뮤텍스와 세마포어는 목적이 다르다.

• 뮤텍스는 자원의 접근에 있어 동기화할 경우 locking 사용

  • 오직 1개의 일(스레드, 프로세스)이 뮤텍스 가질 수 있음

  • 즉, 할당된 뮤텍스를 소유할 수 있다는 것이므로 오직 소유자만이 락을 해제할 수 있음

• 세마포어는 (나 일 끝냈어. 너가 이제 써)와 같은 시그널 사용

  • 핸드폰으로 노래 듣는데 친구한테 전화옴

  • 이 시점에서 인터럽트는 인터럽트 서비스 루틴이 전화 프로세스가 호출되도록 신호 주면서 발생

뮤텍스는 한 번 이상 잠금 가능? 가능하다. 해제할 경우 잠근 수만큼 해제해야함

반복적이지 않은 뮤텍스에 한 번이상 잠금 걸리면? 데드락 초래. 뮤텍스는 소유자만이 해제 가능. 잠금이 풀리지 않은 상태라면, 다른 스레드에서 해헤 불가능하니까 무한정 대기

스핀락

만약 다른 스레드가 lock