[공룡책] 스레드

앞서 작성한 운영체제, 프로세스에 이어 스레드에 대해 간단히 이야기합니다.

스레드

• CPU 이용의 기본 단위입니다.
• 스레드 ID, PC, 레지스터 집합, 스택으로 구성됩니다.

프로세스 vs 스레드

• 프로세스는 실행중인 프로그램의 인스턴스이며, 스레드는 실행되는 흐름의 단위입니다.
  한 프로그램에서 둘 이상의 프로세스를 생성한다면 빈번한 context switching으로 성능 저하가 생깁니다.
  그래서 스레드가 탄생했으며 스레드는 한 프로그램에서의 여러 실행흐름입니다.
  스레드는 여러 영역을 공유하지만 스택은 독립적으로 소유합니다.

스레드의 공유영역

• Stack(공유되지 않음)

  • 스택은 함수 호출 시 전달되는 parameter, return address가 저장됩니다. 각 스레드는 독립적으로 함수 호출이 가능하다는 이야기가 됩니다.

• PC Register(공유되지 않음)

  • 프로그램 카운터는 명령이 수행할 지점을 가리킵니다. 스레드는 결국 스케줄러에게 다시 선점당하기 때문에 명령어가 어디까지 수행됐는지 기억해야 합니다.

• Code

  • Code영역이 공유돼야 자신이 포함된 프로세스의 함수를 호출할 수 있습니다.

• Data & Heap

  • 전역변수와 메모리 공간을 공유합니다. 힙 영역이 공유되면 스레드 간 통신을 할 수 있게 됩니다.
  • IPC 없이도 통신이 가능합니다.

다중스레드

• 다중 스레드의 장점은 Responsiveness, Resource sharing, Economy, Scalability 네가지 부류로 나눌 수 있습니다.

• 응답성(responsiveness)

  • 프로그램의 일부가 봉쇄되거나 긴 작업을 수행하더라도 프로그램 수행이 계속됩니다.
  • UI를 설계할 때 특히 유용합니다.

• 자원 공유(resource sharing)

  • 프로세스는 공유메모리, 메시지 전달 기법을 통해야만 자원을 공유할 수 있습니다.
  • 스레든느 자동으로 그들이 속한 프로세스의 자원과 메모리를 공유합니다.
  • 코드와 데이터 공유의 이점은 한 응용 프로그램이 같은 주소 공간 내 여러 다른 작업을 하는 스레드를 가질 수 있다는 점입니다.

• 경제성(economy)

  • 프로세스 생성보다 스레드 생성이 경제적입니다. 또한 context switching 역시 스레드 사이에서 더 빠릅니다.

• 규모 적응성(scalability)

  • 다중 처리기 구조에서 각각의 스레드가 병렬수행됩니다.

Java Thread

1. Thread 클래스에서 파생된 새 클래스를 만들고 run() 메소드를 재정의해 스레드를 명시적으로 생성합니다.
2. Runnable 인터페이스의 구현체를 정의해 스레드를 명시적으로 생성합니다.

스레드 풀

다중 스레드 서버는 아직 여러 문제를 갖고 있습니다.

• 서비스할 때마다 스레드를 생성하는 데 소요되는 시간입니다.
• 최대 스레드 수를 정해야 합니다. 스레드가 무한하다면 CPU 시간, 메모리 공간 등의 시스템 자원이 고갈됩니다.

이에 대한 대안이 스레드 풀입니다.

• 프로세스를 시작할 때 일정한 수의 스레드들을 미리 풀로 만들어둡니다.

References

• Abraham Silberschatz, Peter B. Galvin, Greg Gagne의 『Operating System Concept 10th』