[운영체제] Ch2.2. Threads

Parallal Program

• 하나의 Job을 여러 CPU에서 동시에 처리하는 방식
• 다른 프로세스로 작업을 포크해가서 처리해서 주는 것
• PCB, PT들을 생성해야되고, OS 구조도 만들어야하고 해서 비효율적이다 (공간, 시간)

 

어떻게 하면 더 효율적으로 할 수 있을까?

 

프로세스들끼리 비슷한 것

• Address Space (Code, data)
• Privilege (특권?)
• 리소스 (파일, 소켓 등)

다른 것 - 이렇게 네개!

• Registers, PC, SP, Process State

스레드 : 같은 것은 공유하고, 다른 것은 개별적으로 가져가자

 

Thread

• 많은 프로그램이 동시에 돌아간다
• 쓰레드들은 같은 주소공간을 공유하기 때문에 쓰레드간 정보 교환이 간단하다
• 프로세스를 만드는것 보다 가볍다. 시간. 메모리
• 한 프로세스 내에서 각 쓰레드마다 cpu를 할당할 수 있음
• 오버헤드가 작다
• 단점 : 한 쓰레드가 오류나면 전체 프로세스가 다 죽는다

 

Threads and Processes

• Process : 주소공간을 갖고 바깥의 리소스들을 받아온다
• Thread : 순차적으로 명령어를 수행한다.
• 한 프로세스 안에 쓰레드가 여러개 있을 수 있다.
  한 스레드가 os를 통해 어떤 리소스를 얻어낸다는건 -> 프로세스 단에서 이뤄짐
• 모든 스레드가 그 리소스를 공유한다.
• 스레드는 CPU를 사용하는 주체 즉, CPU를 할당하는 단위가 된다.

 

• 쓰레드 안에서도 Context Switch가 일어날 수 있다.
• 프로세스가 하나일 때, 그 안에 여러개의 TCB가 존재 가능

 

Address space with threads

1. 이 영역에 access할때는 synchronize가 필요하다. (쓰레드끼리 공유하는 공간)
2. 각 쓰레드마다 스택포인터가 따로 따로 할당된다.
   function call이 각 쓰레드 내에서 독자적으로 일어나기 때문에 각각 필요함.
   -> 지역변수들은 각 스택 내에 저장되기 때문에 공유되기 어려움
3. 각 쓰레드가 수행하고 있는 코드 위치가 이렇게 각각 다른 상황.
   하지만 같은 레지스터 공간을 이용하기 때문에 변수를 공유하기 쉽다.

• 만약 스택포인터가 가깝거나 붙어있다면, 위에 있는 쓰레드에서 다른 함수를 호출할때 다른 쓰레드에 있는 함수를 오버라이트하겠지. -> 시작점을 적당히 떨어뜨린다.

 

Kernel threads & User-level threads

User Level Thread (장)

• 싸고 빠르다. 쓰레드 관리가 모두 라이브러리 함수 콜로 이루어지기 때문에.
• 프로세스 간의 Context switch overhead가 없어 (시스템 콜이 아님 -> 모드 스위치 안함)
• OS의 관여가 필요없으므로 스케쥴링 알고리즘을 커스텀하기 쉬움.

User Level Thread (단)

• OS는 모른다!!
• Blocking System Call : 하나의 스레드가 block되면 프로세스 자체에서 CPU 뺏어서 다른 프로세스 주는 경우가 있음 (다른 스레드에서 쓸 수 있음에도 불구하고)
  라이브러리에서 unblocking하는 call로 직접 호출해주어야 한다 (Asynchronous I/O)
• Page Fault : 메모리 접근 시에 fault 발생하면, 해당 프로세스 전체가 block 당함.
• Infinite Loop : 만약 쓰레드가 무한루프 돌면 꺼낼 방법이 되게 복잡함
• 한 프로세스에 여러 CPU를 할당할 수 없다 (OS는 있는지도 모르니까!) - 요즘처럼 멀티코어에선 별로

Kernel Thread

• 모든 쓰레드에 대한 정보는 커널에서 관리된다.
• 프로세스 내에서 특정 쓰레드가 block 되어도 다른애들은 OS에 의해 다시 스케쥴링된다
• 하지만 context switch overhead가 큰 편. OS 시스템 콜을 통해 생성되고 관리되는 것

Hybrid Implementations

• 그래서 두개를 합쳐. User 레벨에선 쓰레드가 다섯 개. 커널 레벨에선 각각 3, 2개씩 묶어서 총 두개의 쓰레드로 매핑해놓은 형태.
• 하나의 user level thread가 block 되어도 다른 커널 레벨에 연결된 user level thread들은 살아있다.