스레드 관리 - 개념, 구현(N:1, 1:1, N:M)

스레드(Thread)의 개념

• 프로세스는 자원을 할당 받아서 그 1. 자원을 2. 제어하여 작업을 한다. 그 중 제어하는 부분을 스레드 라고 한다. 
• 프로세스는 여러 자원을 할당 받아 제어하므로 하나의 프로세스에 여러 스레드가 있다.

스레드의 구조

• 한 프로세스 안에 자원을 공유하는 스레드가 여러개가 존재할 수 있다.

 

리소스(자원)

• 코드 : 프로그램 코드, 프로그램 카운터(어디를 실행 중인지 가리키고 있는 정보)의 정보를 가지고 자원에 접근
• 전역 데이터 : 작업을 하기위해 사용할 데이터
• 힙(Heap) : 프로세스가 사용하는 메모리공간(전역적으로 사용하는 데이터)

 

제어

• 제어정보 : PC(어디를 실행하는지), 상태정보, SP(stack pointer)
• 지역데이터 : 제어를 위해 사용
• 스택(stack) : 지역데이터가 저장되는 공간

스레드의 주소 공간

• 같은 프로세스의 스레드들은 동일한 주소 공간을 공유
• 각 스레드마다 할당된 작업영역(스택영역)을 사용하여 지역데이터를 생성하고 작업

 

스레드(Thread)

• Light Weight Process (LWP)
  -> 프로세스는 자원 + 제어, 스레드는 공유자원 + 제어 이기 때문에 가벼운 프로세스 라고 한다.
• 프로세서(e.g, CPU) 활용의 기본 단위
  -> 스레드가 여러개이면 동시에 여러 CPU를 사용할 수 있다.
• 구성요소
  • Thread ID
  • Register set (PC 등)
  • Stack (i.e. local data)
• 제어 요소 외 코드, 데이터 및 자원들은 프로세스의 다른 스레드 들과 공유
• 전통적 프로세스 = 단일 스레드 프로세스

 

스레드 장점

사용자 응답성 (Responsiveness)

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

자원 공유 (Resource sharing)

• 두 프로세스가 같은 자원을 사용한다고 가정하면 하나의 프로세스가 자원을 사용하고 있는 동안 나머지 프로세스는 대기하고 있어야한다(번갈아서 사용) -> Context Switching이 발생하므로 비효율적
• 스레드는 자원을 공유해서 효율성 증가 (커널의 개입을 피할 수 있음)
• 예) 동일 address space에서 스레드 여러 개

경제성 (Economy)

• 프로세스의 생성, context switch에 비해 효율적

멀티 프로세서(multi-processor) 활용

• 병렬처리를 통해 성능 향상

 

스레드 사용의 예

 

 

 

스레드(Thread)의 구현

사용자 수준 스레드 (User threads)

• 사용자 영역의 스레드 라이브러리로 구현 됨
  • 스레드의 생성, 스케줄링 등
  • POSIX threads, Win32 threads, Java thread API 등
• 커널은 스레드의 존재를 모름
  • 커널의 관리(개입)를 받지 않음
    • 생성 및 관리의 부하가 적음, 유연한 관리 가능
    • 이식성(portability)이 높음
  • 커널은 프로세스 단위로 자원 할당 (커널 수준의 스레드가 하나) 
    • 하나의 스레드가 block 상태가 되면, 모든 스레드가 대기 (single-threaded kernel의 경우)

커널 수준 스레드 (Kernel threads)

• OS(Kernel)이 직접 관리
• 커널 영역에서 스레드의 생성, 관리 수행
  • Context switching 등 부하(Overhead)가 큼
• 커널이 각 스레드를 개별적으로 관리
  • 프로세스 내 스레드들이 병행 수행 가능
  • 하나의 스레드가 block 상태가 되어도, 다른 스레드는 계속
    작업 수행 가능

Language-level Threads

• Java threads
  • Java Virtual Machine (JVM)에 의해 생성 관리 됨
  • Middleware-level threads

 

Multi-Threading Model

• 다대일(n:1) 모델 : 사용자 수준 스레드
• 일대일(1:1) 모델 : 커널 수준 스레드
• 다대다(n:m) 모델 :  n > m , 혼합형 스레드

혼합형 (n:m) 스레드

• n개 사용자 수준 스레드 – m개의 커널 스레드 (n > m)
  • 사용자는 원하는 수만 큼 스레드 사용
  • 커널 스레드는 자신에게 할당된 하나의 사용자 스레드가 block 상태가 되어도, 다른 스레드 수행 가능
  • 병행 처리 가능
• 효율적이면서도 유연함

 

 

 

 

강의

www.youtube.com/watch?v=YlnvCIZQDkw&list=PLBrGAFAIyf5rby7QylRc6JxU5lzQ9c4tN&index=7