스레드(Threads)

5.1 개요

- 스레드(threads) : LWP( Light Weight Process)

- 전통적인 프로세스 : heavy Weight Process

- CPU이용의 기본 단위이다.

- 스레드는 스레드ID, 프로그램 카운터, 레지스터 집합, 스택으로 구성됨

- 같은 프로세스에 속한 다른 스레드와 코드, 데이터, 파일, 신호 등등의 운영체제 자원을 공유한다.

- 필요성 : 하나의 프로그램이 다양한 작업 실행을 요구 할때

       ex) word processor, web browser,      -> 다른 일

           web server,                      -> 같은 일

           RPC server, RMI server, kernel threads

           -> 해결책 : multiple process       -> 오버헤드가 크다

                       하나의 프로세스에 여러개 스레드 -> 효과적

- 응답성(Responsiveness)

- 자원 공유(Resource Sharing)

- 경제성(Economy) - 스레드를 생성, Context Switching에서 Process복제보다 경제적

- 다중 처리기 구조의 활용(Utilization of multiprocessor architecture)

       # 다중 처리기 구조에서는 각각의 스레드가 병렬로 처리될수 있다.

       # 단일 처리기 구조에서는 병렬인것 같지만 실제로 한번에 하나의 스레드만 수행됨

5.3 사용자 및 커널 스레드(User and Kernel Thread)

- 스레드를 위한 지원은 사용자 스레드(user threads)를 위해서는 사용자 수준에서,

                   커널 스레드(kernel threads)를 위해서는 커널 수준에서 제공된다.

5.3.1 사용자 스레드(User Threads)

- 스레드 라이브러리에 의해 구현된다.

- 라이브러리는 커널의 지원 없이 유저 공간에서 스레드의 생성과, 스케줄링, 관리를 지원한다.

- 장점 : 생성과 관리가 빠르다.

- 단점 : 커널이 단일 스레드형 이라면 blocking system call을 수행하는 사용자 수준의 스레드는 다른 스레드가 있어도 프로세스 전체가 block된다.

- POSIX Pthreads, Java threads, Win32 threads

5.3.2 커널 스레드(Kernel Threads)

- 운영체제에 의해 직접 지원된다. (kernel이 지원해준다)

- 커널이 커널공간에서 스레드의 생성과, 스케줄링, 관리를 한다.

- 단점 : 생성과 관리가 느리다.

- 장점 : 스레드가 blocking system call을 수행하면 커널은 다른 스레드의 수행을 스케줄링 한다.

        다중처리기환경에서는 스레드를 서로 다른 처리기에서 스케줄 할 수 있다.

- Windows XP/2000, Solaris, Linux, Tru64 UNIX(formerly digital UNIX), Mac OS X

5.4 다중 스레드 모델(Multithreading Models)

- 많은 시스템은 사용자스레드(User Threads)와 커널스레드(Kernel Threads)를 모두 지원한다.

- 다중 스레드 모델의 종료 -> (user threads)-to-(kernel threads)

       # Many-to-One
      # One-to-One
       # Many-to-Many

5.4.1 Many-to-One 모델

- 많은 사용자 수준의 스레드를 하나의 커널 스레드로 맵한다.

- 장점 : 스레드관리는 사용자공간에서 행해진다. -> 효율적

- 단점 : 스레드가 blocking system call을 할 경우 전체가 block됨.

한번에 하나의 스레드만이 커널에 접근 -> 다중 스레드가 다중 처리기에서 작동 안됨.

- 커널스레드를 지원하지 않는 운영체제에서 사용된다.

- 커널은 스레드가 한 개인것 처럼 보임

- Solaris Green Threads, GNU Portable Thread

5.4.2 One-to-One 모델

- 사용자스레드를 각각 하나의 커널스레드에 맵한다.

- 장점 : 하나의 스레드가 blocking system call을 하더라도 다른 스레드가 작업 할 수 있다.

        다중 처리기에서 다중 스레드가 병렬로 수행되는 것을 허용함.

- 단점 : 사용자스레드를 생성할 때 마다 커널스레드를 생성해야한다. ->성능저하 => 스레드 수 제한시킴

- Windows NT/XP/2000, Linux, Solaris 9 and later

5.4.3 Many-to-Many 모델

- 여러 개의 사용자 수준 스레드를 그보다 작거나 같은 수의 커널 스레드로 다중화(multiplex)한다.

- 개발자는 플요한 만큼 많은 사용자스레드를 생성하면 상응하는 커널스레드가 다중 처리기에서 병렬로 수행.

- 스레드가 blocking system call을 해도 다른 스레드로 스케줄 함.

- Window NT/2000, Solaris, IRIX, Digital UNIX

5.4.4. Two-Level 모델

- Many-to-Many의 변형이다.

- 사용자스레드가 커널스레드에 바인드 되는 것을 허용한다.

- 바인드된 스레드 : 사용자수준 스레드와 커널 스레드가 붙어서 스케줄링 되지 않고 계속 연결되어 있는 것

- multithreaded 프로그램에서 fork()와 exec()시스템콜의 의미?

- fork()2가지 버전

       # 모든 스레드 복제            -> fork - no exec

       # 호출한 스레드만 복제 -> fork - exec

- exec()

       단일 스레드 프로그램처럼 동작. -> 모든 스레드를 포함하는 프로세스로 대체 됨

5.4.6 Thread cancellation (스레드 해제(취소))

- 해제의 일반적인 목적 2가지

       # 비동기 해제 : 타겟 스레드를 즉시 종료시킴

       # 연기된 해제 : 타겟 스레드가 취소 되었는지 주기적으로 체크함

               -> cancellation point는 안전한 해제를 위함이다.

5.4.7 Thread Pools -> 버퍼와 비슷??

- Muntithreaded server의 잠재적인 문제점

       # 완료되면 버려질지도 모른다.

       # 제한이 없는 스레드는 시스템자원을 다 써버릴 수도 있다.

- Thread Pool

       # 프로세스가 시작하면 몇 개의 스레드를 pool에 만들어 놓는다.

       # 서버가 요청을 받으면 스레드를 풀에서 깨운다

- 이점

       # 요청을 받으면 새로 스레드를 만들 때 보다 약간 빠른 서비스를 해준다.

       # 프로그램에서 허락한 스레드의 개수로 pool의 크기가 정해진다.

5.4.8 Thread Specific Data (??)

- 몇몇 상화에, 각 스레드가 자신의 많은 데이터의 복제를 할 지도 모를때-> thread specific data

- 프로세스에 스레드가 너무 많이 생기는 것을 조절하는 것이 없을 때 유용함.(thread pool사용시)

5.4.9 Scheduler Activations (스케줄러 활동시작)

- Many-to-Many모델에서 사용자스레드와 커널스레드 사이의 중간에 위치한다.

- user thread ---- LWP ---- kernel thread

      M      :      1    :      1

- CPU bound 프로그램은 1개의 LWP로도 충분함

- I/O bound 프로그램은 여러개의 LWP가 필요

- 커널이 스레드가 블록되는 등의 이벤트가 있을때 프로그램에게 알려준다. ->upcall

- upcall은 스레드 라이브러리가 처리함

- LWP는 정확히 하나의 커널 스레드와 연결되어 있다.

- 커널 스레드는 LWP를 가지지 않고 동작하는 커널 스레드도 있다.(디스크요구서비스를 위한 스레드)

5.4 Pthreads

- POSIX의 스레드를 생성하고 동기화 하는 표준 API이다.

- Pthread library functions

       # pthread_create()

       # pthread_join() //스레드의 wait()같은것

       # pthread_exit()

       # pthread_attr_init()

5.5 Java Threads

- 언어 레벨에서 지원한다.

- 적어도 하나의 단일제어 스레드를 포함함

- 스레드생성

       1. Thread class 상속

       2. Runnable Interface 구현

- Java Thread States