[Chapter 4. 스레드] 암묵적 스레딩과 사용 방법

본 정리는 운영체제(Operating System: Concepts) 9th edition과 22학년도 1학기 건국대학교 운영체제 수업을 바탕으로 하고 있습니다.

 

암묵적 스레딩 (Implicit Threading)

---

스레드의 생성과 관리에 대한 책임을 컴파일러와 실행시간 라이브러리에게 넘겨주는 것을 말한다.

( ↔︎ 명시적 스레딩 : 개발자가 API를 통해 직접 스레드를 관리 )

 

암묵적 스레딩은 개발자의 다중 스레드 응용 프로그램의 설계를 도와주는 한 가지 방법이며,

책에서는 이에 대한 3가지 접근법을 소개하고 있다.

 

 

1. 스레드 풀 (thread pool)

---

새로운 스레드를 매 요청마다 만들어주게 될 경우 아래와 같은 문제들이 발생한다.

1. 스레드를 생성하는 데에는 시간 소요가 발생

2. 무한정 새로운 스레드를 만들게 된다면 언젠가는 시스템 자원들이 고갈될 것

 

이에 대한 해결책으로 등장한 것이 스레드 풀이다.

즉, 프로세스를 시작할 때 일정한 수의 스레드들을 미리 풀(pool)로 만들어두는 것이다.

 

스레드 풀의 스레드들은 평소에는 하는 일 없이 일감을 기다리게 된다. 그러다가 한 개의 요청(스레드 생성)이 들어오면 이 풀에서 한 스레드에게 그것을 할당한다. 요청을 다 서비스 해 주었으면 그 스레드는 다시 풀로 돌아가 다음 작업을 기다린다.

 

* 스레드 풀에 남아있는 스레드가 없다면, 스레드 풀에 스레드가 생길 때까지 대기하여야 한다.

 

스레드 풀의 장점

1. 새 스레드를 만들어 주기보다 기존 스레드로 서비스해 주는 것이 더 빠르다.
2. 스레드 풀의 스레드 개수에 제한을 두어 많은 수의 스레드를 병렬 처리할 수 없는 시스템에 도움이 된다.
3. 태스크의 생성과 태스크의 실행을 다르게 분리할 수 있다. 

 

*Windows API의 스레드 풀 관련 함수 제공

DWORD WINAPI PoolFunction(AVOID Param){
	/**
    * this function runs as a separate thread.
    **/
}

우선 위와 같은 별도의 스레드에서 실행될 함수가 정의된다.

 

QueueUSerWorkItem(&PoolFunction, NULL, 0);

첫번째 인자로 실행될 함수에 대한 포인터

두번째 인자로 Function에 전달될 매개변수

세번째 인자로 스레드 풀이 스레드를 생성하고 관리하는 방법을 가리키는 플래그를 보내준다.

 

이 호출은 프로그래머를 대신하여 스레드 풀의 한 스레드가 PoolFunction() 함수를 호출하게 한다.

 

 

2. OpenMP

---

 

C, C++, 또는 FORTRAN으로 작성된 API & 컴파일러 디렉티브(Compiler Directive, 컴파일러 지시문)의 집합

개발자에게 공유 메모리 환경에서 병렬 프로그래밍을 할 수 있도록 도움을 준다.

 

병렬 영역이란, 병렬로 실행될 수 있는 블록(block, 독립적으로 실행될 수 있는 작업의 단위)을 말한다.

 

개발자가 코드에 병렬 영역에 컴파일러 디렉티브를 삽입하면

이 디렉티브는 OpenMP 실행시간 라이브러리에 해당 영역을 병렬로 실행하라고 지시하게 된다.

 

아래는 printf() 문을 포함하고 있는 병렬 영역 위에 컴파일러 디렉티브가 사용되고 있는 예시이다.

#include <omp.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	/* sequential code */

	#pragma omp parallel
	{
		printf("I am a parallel region.");
	}

	/* sequential code */
        
	return 0;
}

 

OpenMP가 아래의  컴파일러 디렉티브를 만나게 되면,

#pragma omp parallel

시스템의 코어 개수만큼 스레드를 생성하며, 모든 스레드는 병렬 영역을 동시에 실행하게 된다.

 

필요한 스레드의 개수를 직접 설정하는 것도 가능하다.

 

 

3. Grand Central Dispatch (GCD)

---

Apple의 Mac OS X와 iOS 운영체제를 위한 기술이며,

이는 개발자가 병렬로 실행될 수 있는 영역을 식별할 수 있게 도와준다.

 

GCD는 블록을 식별하여 디스패치 큐에 넣는다. 아래는 블록의 예시이다. ({} 앞의 ^ 기호로 블록을 표시)

^{ printf("I am a block") }

 

디스패치 큐는 스레드 풀에서 가용 스레드를 선택, 이를 블록에게 할당하는 것으로 해당 블록이 실행될 수 있도록 스케줄링을 하는데,

GCD는 두가지 유형의 디스패치 큐를 갖는다.

 

1. 직렬(serial) 큐

블록은 FIFO 순서대로 제거된다.

블록은 큐에서 제거되면 다른 블록이 제거되기 전에 실행을 반드시 완료해야 한다.

 

2. 병렬(concurrent) 큐

직렬 큐와 동일하게 블록은 FIFO 순서대로 제거되나, 여러 블록이 동시에 제거될 수 있다.

따라서 블록들을 병렬로 실행하는 것이 가능하다.