[213일차]스레드 관리

Reference

Lecture 4. Thread management / 운영체제 강의

스레드 관리

프로세스와 스레드

프로세스가 하는일은 자원을 할당받는다.
그리고 프로세스는 자원을 제어하는게 역할이다.
이 할당과 제어 두가지역할로 생각할 수 있는데,
이 제어부분만 따로 놓고 봤을 때 이 부분을 스레드라고 한다.

스레드

프로세스에는 각종 제어정보와, 지역데이터, 그리고 그 지역데이터를 쌓아놓는 스택이 있다.
이러한 것들을 제어요소라고 하는데 이 하나의 제어요소를 스레드라고 하는데,

스레드를 한 프로세스 안에서 여러개 생성이 가능하다.

같은 프로세스의 스레드들은 동일한 주소공간을 공유한다.

특징

• Light Weight Process (LWP)
• 프로세서 활용의 기본단위
• 구성요소
  • Thread ID
  • Register set(PC, SP 등)
  • Stack(local data)(자기만의 작업영역)
• 제어요소 외 코드, 데이터 및 자원들은 프로세스 내 다른스레드들과 공유
• 전통적 프로세스 = 단일 스레드 프로세스

싱글스레드 vs 멀티스레드

싱글스레드는 자원요소도 하나 제어요소도 하나 이다.

반면 멀티스레드는 자원요소는 하나이지만 제어요소는 여러개가지고 있다면 멀티스레드 이다.

스레드의 장점

• 사용자 응답성
  • 일부 스레드의 처리가 지연되어도, 다른 스레드는 작업을 계속 처리가능
• 자원공유
  • 자원을 공유해서 효율성 증가 (커널의 개입을 최소화)
  • ex)여러 스레드가아닌 여러 프로세스가 자원을 사용한다면
    다른 프로세스가 사용할 때 마다 컨텍스트 스위칭이 일어난다.
• 경제성
  • 프로세스의 생성, context switch에 비해 효율적
• 멀티 프로세서 활용
  • 병렬처리를 통해 성능 향상

그렇다면 이러한 스레드는 어떻게 구현되는것일까?
크게 두가지로 분류할 수 있다.

사용자 수준 스레드 (1:n)(User thread)

사용자 영역의 스레드 라이브러리로 구현됨

어떤 라이브러리가 스레드의 생성 및 스케쥴링을 담당하는 경우가있다.
대표적인 예로는 java스레드, posix스레드 등이 있다.

여기서 커널은 스레드의 존재를 모른다. 커널이 몰랐을 때 어떠한 장점을 가지고 있을까?

커널의 관리(개입)을 받지 않음
커널은 개입하지않고 라이브러리영역에서 관리를 해주니 오버헤드가 적고,
생성 및 관리의 부하가 적다. 또한 이식성이 높다.

그러나 장점만이 아닌 단점도 갖고 있는데,
커널은 프로세스 단위로 자원을 할당 하기 때문에
하나의 스레드가 block 상태가 되면, 모든 스레드가 대기상태가 된다.

커널 수준 스레드 (1:1)(kernel Threads)

커널 수준에서 스레드를 관리하겠다

커널안에 여러개의 스레드가 생기고 커널에서 생긴 스레드마다
사용자 영역의 스레드도 여러개 생긴다. 따라서 오버헤드가 크다.
다만 커널이 각 스레드를 개별적으로 관리하기 때문에,
하나의 스레드가 block상태가 되어도, 다른 스레드는 계속 작업 수행이 가능하다.

혼합형 (n:m)스레드

그래서 우리의 공학도 들은 각각의 장점을 합쳐서 만들어보자 하고 구상했다.
n개의 사용자 수준스래드와 m개의 커널스레드를 맵핑하는것이다.
다만 사용자수준의 스레드가 항상 더 많거나 같아야 한다.
이러면 사용자수준에서는 원하는 수만 큼의 스레드를 사용이 가능하고,
커널스레드는 자신에게 할당된 하나의 사용자 스레드가 block이 되어도
다른 스레드를 수행이 가능하다. 즉 병행처리가 가능하다.