[OS] 쓰레드와 프로세스

쓰레드

웹 서버(Web server)

• 웹 페이지를 전송하는 컴퓨터 프로그램

웹 서버는 한 번에 많은 클라이언트에 서비스를 제공

웹 서버가 I/O 작업을 수행하는가?

• 차단
• 다른 클라이언트의 요청을 처리할 수 없다.

동시 서비스에는 많은 서버 프로세스가 필요

• 메모리 공간을 낭비
• 프로세스 생성 시간 지연

쓰레드가 필요하다.

• 공유 가능 : 코드, 데이터, 리소스
• 공유 불가 : 레지스터 값, 스택

쓰레드

• CPU 활용도의 기본 단위
• 각 프로세스는 많은 쓰레드를 포함 가능

공유 가능 쓰레드

• 코드, 데이터, 힙(heap)
• 파일 열기
• 신호 처리기(signal handlers)
• 작업환경(현재 디렉토리, 사용자 ID 등)

고유 쓰레드(공유 불가)

• 스택
• 레지스터
• 쓰레드 ID

단일 및 다중 쓰레드 프로세스

 

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쓰레드 vs 프로세스

포크(fork)를 사용하여 새 프로세스을 만드는 것은 비용이 많이 든다.

• 시간 & 메모리

쓰레드에는 많은 메모리나 시작 시간이 필요없다.

• 경량 프로세스(lightweight process)라고도 불린다.

응답성(Responsiveness)

• 프로세스의 일부가 차단되더라도 프로세스가 계속 실행될 수 있다.
• 예) 웹 서버는 파일이 다른 쓰레드에서 로드되는 동안 한 쓰레드에서 다른 웹 클라이언트를 위해 서비스를 제공할 수 있다.

리소스 공유

• 메모리 및 리소스를 공유할 수 있다.

경제성(Economy)

• 프로세스 생성 및 컨텍스트 전환에 대한 오버헤드가 낮다.

멀티프로세서 아키텍처 활용

• 멀티프로세서 아키텍처의 병렬성이 증가

 

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멀티코어 프로그래밍

멀티코어/멀티프로세서 시스템의 문제점

• 활동 분할(Dividing activities)
• 균형(Balance)
• 데이터 분할(Data splitting)
• 데이터 종속성
• 테스트 및 디버깅

병렬 처리(Parallelism) : 시스템이 두 개 이상의 작업을 동시에 수행

동시성(Concurrency) : 하나 이상의 작업 진행을 지원

• 단일 프로세서/코어, 스케줄러를 통해 동시성 제공

단일 코어 시스템에서 동시성 :

멀티 코어 시스템에서 병렬 처리 :

 

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사용자 쓰레드 vs 커널 쓰레드

사용자 쓰레드

• 사용자 수준(user-level) 쓰레드 라이브러리에서 지원
    POSIX pthreads
    Win32 쓰레드
    자바 쓰레드

커널 스레드

• 운영체제에서 직접 지원 및 관리
    윈도우 XP/2000
    솔라리스
    리눅스
    Mac OS X

 

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리눅스 쓰레드

리눅스 쓰레드

• clone() 시스템 호출 : 스레드 생성
• Linux는 프로세스와 쓰레드를 구분하지 않는다.
• 클론 플래그 집합(Flag set of clone)은 부모와 자식 간의 공유 정도를 결정한다.
    예) clone(CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND, 0)
    → 쓰레드에 가깝다.
    예) clone(CLONE_SIGHAND, 0)
    → 프로세스에 가깝다.

플래그	의미
CLONE_FS	파일 시스템 정보 공유
CLONE_VM	동일한 메모리 공간 공유
CLONE_SIGHAND	신호 처리기 공유
CLONE_FILES	열린 파일 집합 공유

clone(CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND, 0)

 

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요약

• 쓰레드
    CPU 사용률의 기본 단위
• 각 프로세스는 많은 쓰레드를 포함 가능
• 프로세스의 쓰레드
    공유 O : 코드, 데이터, 열린 파일, 신호 처리기
    공유 X : 스택, 레지스터, 쓰레드 ID
• 쓰레드 특징
    응답성
    리소스 공유
    경제성
    멀티프로세서 아키텍처 활용
• 리눅스는 프로세스와 스레드를 구분하지 않는다.