[2주차] Thread Management

Thread Management

프로세스(Process)와 스레드(Thread)

✔ 프로세스는 자원을 할당받아 목표를 이루기 위해 할당받은 자원을 제어한다.

✔ 자원의 제어 과정을 스레드(Thread)라고 부른다
✔ 스레드는 여러 개가 존재 할 수 있다(여러 개의 자원을 할당받아 각각 제어할 수 있음)

스레드(Thread)의 개념

✔ SP: stack pointer
✔ PC: program counter

✔ 지역 데이터: 제어를 위해 사용 (특정 지역에서만 유효한 데이터)
✔ 스택(Stack): 지역 데이터 저장

✔ Resource는 공유한다

• 하나의 resource를 제어하는 여러 개의 process가 존재할 수 있다

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✔ 각 thread마다 자기만의 작업 영역(Stack)을 할당받는다
✔ 각자의 PC(program counter)를 통해 작업의 흐름 제어

Thread란

✔ Light Weight Process (LWP): 자원은 공유하고 제어부분만 가지고 있다.
✔ 프로세서(e.g, CPU) 활용의 기본 단위
✔ 구성요소

• Thread ID
• Register set (PC, SP 등)
• Stack (i.e. local data)

✔ 제어 요소 외 코드, 데이터 및 자원들은 프로세스 내 다른 스레드들과 공유
✔ 전통적 프로세스 = 단일 스레드 프로세스

Single-thread vs Multi-threads

single

multi

스레드의 장점

✔ 사용자 응답성(Responsiveness)

• 일부 스레드의 처리가 지연되어도, 다른 스레드는 작업을 계속 처리 가능

✔ 자원 공유 (Resource Sharing)

• 자원을 공유해서 효율성 증가(커널의 개입을 피할 수 있다)
  • ex) 동일 address space에서 여러 개 스레드
  • 자원을 공유하지 못하면 context switching을 해야 한다.(비용 ↑)

✔ 경제성 (Economy)

• 프로세스의 생성, context switch에 비해 효율적

✔ 멀티 프로세서(multi-processor) 활용

• 병렬처리를 통해 성능 향상

스레드 사용의 예

✔ 하나의 게임에 대해서 화면출력, 사용자 입력, 스피커/마이크에 대한 각각의 스레드 사용

스레드의 구현

사용자 수준 스레드 (User Thread)

✔ 사용자 영역의 스레드 라이브러리로 구현

• 스레드의 생성, 스케줄링 등
• POSIX threads, Win32 threads, Java thread API...

✔ 다대일 매핑: 커널 수준 스레드는 하나인데 사용자 수준 스레드는 여러 개이다.

✔ 커널은 스레드의 존재를 모른다

• 장점: 커널의 관리(개입) x
  • 생성 및 관리의 부하가 적음, 유연한 관리
  • 이식성 (portability) 높음: 해당 라이브러리만 있으면 해당 멀티스레드 프로그램 그대로 사용 가능 (ex: JVM)
• 단점: 커널은 프로세스 단위로 자원 할당
  • 하나의 스레드가 block 상태가 되면, 모든 스레드가 대기한다.(single threaded kernel)

커널 수준 스레드 (Kernel Threads)

✔ OS(Kernel)이 직접 관리
✔ 커널 영역에서 스레드의 생성, 관리 수행

• (스레드 사이의)Context switching 등 부하(Overhead)가 크다

✔ 커널이 각 스레드를 개별적으로 관리

• 프로세스 내 스레드들이 병행 수행 가능

Multi-Threading Model

✔ 다대다 모델을 통해 절충!

혼합형 (N:M) 스레드

✔ n개 사용자 수준 스레드 - m개의 커널 스레드 (n > m)

• 사용자는 원하는 수만큼 스레드 사용
• 커널 스레드는 자신에게 할당된 하나의 사용자 스레드가 block 상태가 되어도 다른 스레드 수행 가능 (병행 처리)

✔ 효율적이면서도 유연