Thread

정의

가벼운 프로세스 CPU의 기본 수행 단위

목적

• 하나의 프로세스가 동시에 여러 작업을 수행하기 위함
• 프로세스의 컨텍스트 스위칭은 무거운 작업이기 때문
• 프로세스끼리 데이터 공유가 어려움
• 멀티 코어 등장

장점

• 응답성

• 자원 공유 → 자원 절감

• 경제성
• 프로세스를 만들거나 Context Switch보다 비용, 오버헤드가 낮음

• 다중 쓰레드로 구성된 태스크 구조에서, 하나의 서버 쓰레드가 Blocked(Waiting) 상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 쓰레드가 실행(Running)되어 빠른 처리 가능

• 동일한 일을 수행하는 다중 쓰레드가 협력하여 높은 처리율(Throughput)과 성능 향상을 얻음

• 쓰레드를 사용하면, 병렬성을 높일 수 있다.
• 다중 프로세서 환경에서 쓰레드가 병렬로 실행 가능

구성

• Program Counter

• Register Set

• Stack Space

동료 Thread와 공유하는 부분(Task)

• Code Section

• Data Section

• OS Resources

특징

• 같은 일을 하는 프로세스를 여러개 띄울 때, 주소공간을 하나로 공유하고, 여러개의 PC(Program Counter)로 서로 다른 부분의 코드를 실행

• CPU에서 실행되는 단위(Unit Of Execution)

• 프로세스는 한개 이상의 스레드를 가질 수 있다.

• 같은 프로세스의 스레드끼리 컨텍스트 스위칭은 가볍다.

• 스레드는 자신이 속한 프로세스 내에서 Code, Data, Heap 영역을 공유

• 하지만 각자 자신의 Stack 영역을 보유 (최소한 자신의 레지스터 상태를 보유)

메모리 구조 비교

• 스택 포인터, 프로그램 카운터 각자 가지고 있음

멀티 쓰레딩

하나의 프로세스가 동시에 여러 작업을 실행

멀티 태스킹 개념의 확장

여러 프로세스와 여러 스레드가 아주 짧게 쪼개진 CPU 시간을 나눠 갖는 것

멀티 프로세싱

쓰레드의 종류

하드웨어 쓰레드

코어의 고민

인텔의 hyper threading

• 물리 코어마다 하드웨어 스레드 두개

• OS 관점에서는 가상의 논리 코어

• 여러개 코어로 인식하고 그에 맞춰 OS 레벨의 스레드를 스케쥴링해줌

OS 스레드

OS Kernel 레벨에서 생성되고 관리되는 스레드

• CPU에서 실제로 실행되는 단위, CPU 스케쥴링의 단위

• 컨텍스트 스위칭은 Kernel이 개입 → 비용 발생(User mode → Kernel mode → User mode)

• 사용자 코드와 커널 코드 모두 OS 스레드에서 실행됨

• == 네이티브 스레드 == 커널 스레드 == 커널 레벨 스레드 == OS 레벨 스레드

유저 스레드

스레드 개념을 프로그래밍 레벨에서 추상화한 것

• == 유저 레벨 스레드

• 유저 스레드가 CPU에서 실행되려면 OS 스레드와 반드시 연결되어야 한다.

어떻게 연결할 것인가?

• One to One model
• Java
• 스레드 관리를 OS에 위임 → Kernel이 스케쥴링 수행
• 한 스레드가 block I/O 호출해도, 다른 스레드가 잘 동작
• 멀티 코어 잘 활용함
• but, race condition 발생 가능

• Many to One model
• 여러 유저 스레드가 하나의 OS 스레드에 맵핑
• 유저 스레드간 컨텍스트 스위칭이 더 빠름
• OS 스레드 레벨에서는 race condition 거의 발생 안함
• 전반적으로 race condition 발생 가능성 적음
• but, 멀티 코어 활용 못함
• 한 유저 스레드가 block I/O 호출하면, 전체 유저 스레드가 block됨
• → non-block I/O

• Many to Many model
• 위 두가지 모델의 장점을 합친 것
• 대신 구현이 복잡

그린 스레드

• Java 초기 버전은 Many to One 스레딩 모델을 사용함

• 이 유저 스레드를 그린 스레드라 부름

• 현재는 OS와 독립적으로 유저 레벨에서 스케쥴링되는 스레드

• ~= 유저 스레드

커널 스레드가 OS 스레드와 다른 의미일 때

OS 커널의 역할을 수행하는 스레드

장점

단점

단점 극복 방법

예시

비교군과의 차이