Computer Science/[ OS ]

[ OS ] 02. 멀티스레드

kim.svadoz 2021. 5. 26. 22:27

[ 멀티 스레드 ]

멀티 쓰레드 모델을 살펴보기 전에 먼저 User Thread와 Kernel Thread에 관해 살펴보자.

말 그대로 User Thread는 User level의 Thread 라이브러리를 통해 관리되는 Thread를 말하며 Kernel Thread는 운영체제가 제공하고 직접 관리하는 Thread를 말한다

Multi-Thread에는 총 네 가지 모델이 있다.

Many-to-One Model
- Kernel Thread가 다수의 User Thread를 처리하는 구조이다.
- 이러한 구조는 User Thread를 처리하던 중 System call에 의해 blocking이 된다면 전체 프로세스가 막히는 병목현상이 일어나게 되는 문제점을 갖고 있다.
One-to-One Model
- One-to-One model로 처리해야 할 User Thread 한 개당 Kernel Thread를 대응시켜 작업을 진행하는 구조입니다.
- 이러한 일대일 대응 구조는 Kernel Thread 생성에 과도한 생성의 문제를 가져오게 된다
Many-to-Many Model
- 그리하여 어느 정도 보완된 모델이 바로 Many-to-Many model이고 그림과 같이 다수의 User Thread를 다수의 Kernel Thread가 처리하는 구조인데
- Kernel Thread의 숫자는 User Thread의 숫자보다 같거나 작게 할당이 되어야 합니다.
Two-Level Model
- 그리고 최종적으로 보완된 모델이 Many-to-Many model을 더욱 보완하여 만든 Two-level model이다.
- Many-to-Many model과 One-to-One model을 합친 구조로 중요한 작업은 One-to-One 구조를 통해 처리하고
- 나머지는 Many-to-Many 구조를 통해 처리함으로써 혹시나 있을 중요한 작업에서의 기다림 현상을 줄일 수 있다.

멀티 스레딩의 장점

프로세스를 이용하여 동시에 처리하던 일을 스레드로 구현할 경우 메모리 공간과 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다. 스레드 간의 통신이 필요한 경우에도 별도의 자원을 이용하는 것이 아니라 전역 변수의 공간 또는 동적으로 할당된 공간인 Heap 영역을 이용하여 데이터를 주고받을 수 있다. 그렇기 때문에 프로세스 간 통신 방법에 비해 스레드 간의 통신 방법이 훨씬 간단하다. 심지어 스레드의 context switch 는 프로세스 context switch 와는 달리 캐시 메모리를 비울 필요가 없기 때문에 더 빠르다. 따라서 시스템의 throughtput 이 향상되고 자원 소모가 줄어들며 자연스럽게 프로그램의 응답 시간이 단축된다. 이러한 장점 때문에 여러 프로세스로 할 수 있는 작업들을 하나의 프로세스에서 스레드로 나눠 수행하는 것이다.

멀티 스레딩의 문제점

멀티 프로세스 기반으로 프로그래밍할 때는 프로세스 간 공유하는 자원이 없기 때문에 동일한 자원에 동시에 접근하는 일이 없었지만 멀티 스레딩을 기반으로 프로그래밍할 때는 이 부분을 신경써줘야 한다. 서로 다른 스레드가 데이터와 힙 영역을 공유하기 때문에 어떤 스레드가 다른 스레드에서 사용중인 변수나 자료구조에 접근하여 엉뚱한 값을 읽어오거나 수정할 수 있다.

그렇기 때문에 멀티스레딩 환경에서는 동기화 작업이 필요하다. 동기화를 통해 작업 처리 순서를 컨트롤 하고 공유 자원에 대한 접근을 컨트롤 하는 것이다. 하지만 이로 인해 병목현상이 발생하여 성능이 저하될 가능성이 높다. 그러므로 과도한 락으로 인한 병목현상을 줄여야 한다.