Thread (스레드)
- Light Weight Process라고도 한다
- 하나의 프로세스에 여러개의 스레드 생성 가능(서브 셋)
- 스레드들은 동시에 실행 가능
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프로세스 안에 있으므로, 프로세스의 데이터를 모두 접근 가능
- 장점
- 사용자에 대한 응답성 향상
- 자원 공유 효율
- 단점
- 스레드 중 하나만 문제가 생겨도 전체 영향
- 스레드를 많이 생성하게 되면
Context Switching이 많이 일어나 성능 저하
프로세스 내부
- 공통 부분
- data
- files
- code
- 개별 부분
- registers
- stack
하나의 프로세스에서 병행 작업 처리를 위해 Multi Thread 사용
동기화(Synchronization) 이슈
- 여러 스레드가 동일한 자원(데이터)에 접근시 동기화 이슈 발생
- 작업들 사이에 실행 시기를 맞추는 것
해결 방안
- Mutual exclusion (상호 배제)
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// 임계 자원(critical resource) // 임계 영역(critical section) lock.acquire() for i in range(100000): g_count += 1 lock.release()
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쓰레드는 프로세스 모든 데이터를 접근할 수 있으므로,
여러 스레드가 변경하는 공유 변수에 대해 Exclusive Access 필요
어느 한 스레드가 공유 변수를 갱신하는 동안
다른 스레그가 동시 접근하지 못하도록 막아야 한다 - Mutex와 Semaphore(세마포어)
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Critical Section에 대한 접근을 막기 위해 LOCKING메커니즘이 필요
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Mutex(binary semaphore)
임계구역에 하나의 스레드만 들어갈 수 있음 -
Semaphore
임계구역에 여러 스레드가 들어갈 수 있음
counter를 두어 동시에 리소스에 접근 할 수 있는 스레드 수를 제어
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Semaphore
P: 검사 (임계영역에 들어갈 때)
S값이 1 이상이면, 임계 영역 진입 후, S값 1 차감 (S값이 0이면 대기)
V: 증가 (임계영역에서 나올 때)
S값을 1 더하고, 임계 영역을 나옴
S: 세마포어 값 (초기 값만큼 여러 프로세스가 동시 임계 영역 접근 가능)
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P(S): wait(S) {
while S <= 0 // 대기
;
S--; // 다른 프로세스 접근 제한
}
// 바쁜 대기
// 임계 영역에 들어가기 위해 반복문 계속 수행
V(S): signal(S) {
S++; // 다른 프로세스 접근 허용
}
- 대기큐
- loop는 CPU에게 부하를 줌
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// 대기큐로 보내기
wait(S) {
S->count--;
if (S->count <= 0) {
add this process to S->queue;
block()
}
}
signal(S) {
S->count++;
if (S->count > 0) {
remove a process P from S->queue;
// 대기큐의 프로세스 재 실행
wakeup(P)
}
}
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POSIX Threads(PThread)
병렬적으로 작동하는 소프트웨어의 작성을 위해서 제공되는 표준 API- sem_open() : 세마포어를 생성
- sem_wait() : 임계영역 접근 전, 세마포어를 잠그고,
세마포어가 잠겨있다면, 풀릴 때까지 대기 - sem_post() : 공유자원에 대한 접근이 끝났을 때
세마포어 잠금을 해제한다.
교착상태(deadlock)
- 무한 대기 상태
둘 이상의 작업이 서로 상대방의 종료를 기다리고 있는 상태
프로세스, 스레드 둘다 이와 같은 상태가 일어날 수 있다
- 다음 네 가지 조건이 모두 성립될 때, 교착상태 발생 가능성이 있음
- 상호배제(Mutual exclusion): 프로세스들이 필요로 하는 자원에 대해 배타적인 통제권을 요구한다.
- 점유대기(Hold and wait): 프로세스가 할당된 자원을 가진 상태에서 다른 자원을 기다린다.
- 비선점(No preemption): 프로세스가 어떤 자원의 사용을 끝낼 때까지 그 자원을 뺏을 수 없다.
- 순환대기(Circular wait): 각 프로세스는 순환적으로 다음 프로세스가 요구하는 자원을 가지고 있다.
교착상태 해결법
- 예방(deadlock prevention)
- 4가지 조건 중 하나를 제거하는 방법
- 상호배제 조건의 제거: 임계 영역 제거
- 점유와 대기 조건의 제거: 한번에 모든 필요 자원 점유 및 해제
- 비선점 조건 제거: 선점 가능 기법을 만들어줌
- 순환 대기 조건 제거: 자원 유형에 따라 순서를 매김
- 회피(deadlock avoidance)
- 4번만 제거
- 순환 대기 조건 제거: 자원 유형에 따라 순서를 매김
- 발견(deadlock detection)
- 교착상태가 발생했는지 점검하여
교착 상태에 있는 프로세스와 자원을 발견하는 것
- 교착상태가 발생했는지 점검하여
- 회복(deadlock recovery)
- 교착 상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나
교착상태의 프로세스에 할당된 자원을 선점하여 프로세 스나 자원을 회복하는 것
- 교착 상태를 일으킨 프로세스를 종료하거나
기아상태(starvation)
- 특정 프로세스의 우선순위가 낮아서 원하는 자원을 계속 할당 받지 못하는 상태
- 여러 프로세스가 부족한 자원을 점유하기 위해 경쟁할 때,
특정 프로세스는 영원히 자원 할당이 안되는 경우를 주로 의미함
기아상태 해결법
- 우선순위 변경
- 프로세스 우선순위를 수시로 변경해서,
각 프로세스가 높은 우선순위를 가질 기회주기 - 오래 기다린 프로세스의 우선순위를 높여주기
- 우선순위가 아닌, 요청 순서대로 처리하는 FIFO 기반 요청큐 사용
- 프로세스 우선순위를 수시로 변경해서,
헷갈림 포인트
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멀티 태스킹
단일 CPU에서 여러가지 작업이 이루어지게 보이는 방식 -
멀티 프로세싱
하나의 프로세스를 여러 CPU에서 나누어 작업(프로세스 수 ↑) -
멀티 스레드
하나의 프로세스 내부에 스레드가 생김(프로세스 수 변화 X)