[ Linux Kernel ] 12. Kernel Thread(커널 스레드)

16. Kernel Thread(커널 스레드)

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이번 5번째 강의에서는 프로세스간 CPU 점유권의 이동이 어떤 매커니즘으로 이루어지는지를 다루게 된다. CPU를 할당해준다는 것은 단순히 프로세스의 우선순위 말고도 고려해야할 것들이 많다. 리눅스 운영체제는 과연 이러한 숙제를 어떻게 풀고 있는지 지금부터 살펴보려 한다.

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먼저 강의노트 4에서 다뤘던 내용들을 잠시 떠올려보자. 스레드(Thread)가 있고 프로세스(Process)가 있었다. 프로세스는 부모의 것(Task basic info + files, fs, tty, mm, signals)을 전부 그대로 복사한 것(heavy-weight creation)이고,반대로 최소한으로 복사(light-weight creation)한 것이 스레드이다.

또한 커널은 메모리 상주 프로그램(memory resident program)이다. main()함수가 있는 평범한 프로그램의 특성 +부팅할 때 부터 메모리에 올라와서 컴퓨터의 전원을 완전히 차단할 때까지 메모리에 상주한다는 특성을 함께 가지고 있다. 여기까지 떠올렸다면 이제 아래 그림을 보면서 오늘 다룰 주제 중 하나인 커널 스레드를 살펴보자.

위 그림의 우측 보라색으로 칠해진 부분은 커널영역을 의미한다. 컴퓨터가 맨 처음 부팅(booting)하면 분명 커널의 **main()**부터 실행할 것이다. 그 후 커널 프로세스가 동작하던 중 커널 프로세스 내에서 시스템 콜 **clone()**을 호출하게 되면 자식 프로세스가 생기는데, 이때 부모 프로세스가 가르키는 PC(Program Counter) 와 자식 프로세스가 가리키는 PC는 각각 다른 곳을 가리키고 있을 수 있다.

그래서 만약 CPU 코어가 3개가 있다고 한다면, 각 CPU코어의 PC는 **main()**과 **f1()**과 **f2()**를 가리키고 있을 수 있다(CPU dispatched for child & starts here). 그렇게 만들어진 자식 프로세스를 커널 스레드라 한다. 이는자식 프로세스들이 커널 코드를 실행(execute)하고 있기 때문이다. 대부분의 경우 이런 함수들은 서버(server) 혹은 데몬(daemon)이다.

서버와 데몬의 알고리즘은 기본적으로 무한 루프(endless loop)라고 우린 배웠다. 또한 서버와 데몬은 대부분의 시간을 자면서(sleep) 보낸다. 그러다 요청(request)이 오면 깨어나 그 작업을 처리해주고 또 잔다. 네트워크와 관련된 작업을 처리하는 데몬이라면 네트워크 서버라고 부를 수 있고, 만약 프린트 요청을 기다리고 있다면 프린트 서버라고 할 수 있다.

결국 커널 스레드는 커널 프로세스가 clone()을 호출해서 light weight overhead로 자식을 만들어준 것**이다. 또한 커널 메모리 영역과 코드를 똑같이 접근하고, 커널 코드를 실행한다. 당연하게도 커널 스레드는 커널 영역에만 존재한다. 많은 데몬(웹서버, 프린트 등)들이 커널 스레드이다.

위 그림을 보면 CPU가 여러개 있고 CPU 마다 PC(Program Counter)를 가지고 있다. 지금은 PC가 커널을 가리키고 있다. 여기서 커널이 clone()을 통하여 스레드 2개를 만들어줬다고 가정해보자. CPU #2에 할당된 것은 프린트 데몬(서버)이고, #3에 할당된 것은 PageFault 데몬이다. 앞 장에서 다뤘듯 스레드는 위 그림의 우측 노란박스에 해당하는 Task basic info 파트만 복사를 하고 나머진 부모 프로세스와 공유를 한다.

Task basic info 안에는 state vector save area가 존재하기 때문에각 스레드마다 별도의 Program Counter와 Stack Pointer를 갖고 있을 수 있는 것이다. 각 스레드가 각자의 Stack을 갖고 있기 때문에 개별적으로 커널 내의 다른 함수들을 호출하면서 실행될 수가 있다.