OS Thread (1)

목적

CPU 이용의 기본 단위가 된 스레드를 이해한다.

실천 목표

스레드의 기본 구성요소를 식별하고 스레드와 프로세스를 대조한다.
다중 스레드 프로세스를 설계할 때의 주요 이점과 중대한 과제를 설명한다.

이제까지의 내용은 사실, 싱글 스레드

프로세스 내 스레드가 1개인 싱글 스레드

그렇다면 스레드란

프로세스 내에서 특정 부분을 공유하며 별도로 수행되는 일꾼
경량 프로세스라고 할 수 있으며, CPU를 점유하는 기본적인 단위
한 프로세스 내 스레드가 공유하는 변수들 : code, data, files
스레드 별로 할당되는 변수들 : TID(Thread ID), PC(Program Counter), Register Set, Stack

멀티 스레드의 이점

기존 싱글 스레드

[참고] 기존 싱글 스레드 : Data Server

      package os.concepts;

      import java.io.IOException;
      import java.io.OutputStream;
      import java.io.PrintWriter;
      import java.net.ServerSocket;
      import java.net.Socket;
      import java.text.DateFormat;
      import java.text.SimpleDateFormat;
      import java.util.Date;

      public class DateServer {
          public static void main(String[] args) throws IOException {
              ServerSocket serverSocket = null;
              int port = 7777;

              try {
                  /* 서버 소켓 생성 후 7777번 포트와 결합 */
                  serverSocket = new ServerSocket(port);
                  System.out.printf("%s 서버가 준비되었습니다.\n", getTime());
              } catch (Exception e) {
                  e.printStackTrace();
              }

              while (true) {
                  System.out.printf("%s 연결요청을 기다립니다.\n", getTime());
                  /* 서버 소켓은 클라이언트의 연결요청이 올 때까지 실행을 멈추고 기다림 */
                  /* 클라이언트의 연결요청이 들어오면 클라이언트 소켓과 통신할 새로운 소켓 생성 */
                  Socket socket = serverSocket.accept();
                  System.out.printf("%s %s:%d으로부터 연결요청이 들어왔습니다.\n", getTime(), socket.getInetAddress(), socket.getPort());

                  /* 소켓의 출력스트림을 얻음 */
                  OutputStream out = socket.getOutputStream();
                  PrintWriter pout = new PrintWriter(out, true);

                  /* 원격 소켓에 데이터를 보냄 */
                  pout.printf("%s Message From Server\n", getTime());

                  /* 스트림과 소켓을 닫음 */
                  socket.close();
                  pout.close();
                  out.close();
              }
          }

          private static String getTime() {
              DateFormat df = new SimpleDateFormat("[hh:mm:ss]");
              return df.format(new Date());
          }
      }

[참고] 기존 싱글 스레드 : Data Client

      package os.concepts;

      import java.io.BufferedReader;
      import java.io.IOException;
      import java.io.InputStream;
      import java.io.InputStreamReader;
      import java.net.ConnectException;
      import java.net.Socket;
      import java.text.DateFormat;
      import java.text.SimpleDateFormat;
      import java.util.Date;

      public class DateClient {
          public static void main(String[] args) {
              try {
                  String serverIp = "127.0.0.1";
                  int serverPort = 7777;

                  System.out.printf("%s:%d서버에 연결 중입니다.\n", serverIp, serverPort);

                  /* 소켓을 생성해서 연결을 요청 */
                  Socket socket = new Socket(serverIp, serverPort);

                  /* 소켓의 입력스트림을 얻음 */
                  InputStream in = socket.getInputStream();
                  BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));

                  /* 원격 소켓으로부터 받은 데이터 출력 */
                  System.out.printf("%s 서버로부터 받은 메시지\n", getTime());
                  String line = null;
                  while ((line = br.readLine()) != null)
                      System.out.println(line);

                  /* 스트림과 소켓을 닫음 */
                  socket.close();
                  br.close();
                  in.close();
              } catch (ConnectException ce) {
                  ce.printStackTrace();
              } catch (IOException ie) {
                  ie.printStackTrace();
              } catch (Exception e) {
                  e.printStackTrace();
              }
          }

          private static String getTime() {
              DateFormat df = new SimpleDateFormat("[hh:mm:ss]");
              return df.format(new Date());
          }
      }

그래서, 멀티 스레드의 이점 4가지
1. 응답성 (Responsiveness)
  - 특히 사용자 인터페이스에서 중요
2. 자원 공유 (Resource Sharing)
  - 스레드는 자동으로 그들이 속한 프로세스의 자원들과 메모리를 공유
3. 경제성 (Economy)
  - 프로세스보다 스레드를 생성하고 문맥 교환하는 게 경제적
4. 규모 적응성 (Scalability)
  - 멀티 코어 구조에서 멀티 스레드의 이점이 더욱 증가

스레드 프로그래밍 (Java)

스레드 라이브러리를 이용하는 방법은 기본적으로 2가지
1. Thread 클래스 상속 받기
2. Runnable 인터페이스 구현하기
  - 불필요하게 클래스를 하나 생성해야 하므로 람다 표현식 이용해서 익명 클래스로 대체 가능
    1. Thread 클래스 상속 받기
    2. Runnable 인터페이스 구현하기
    3. Runnable 인터페이스 구현하기 - 람다 표현식 이용해서 익명 클래스로 대체
부모 스레드의 대기와 스레드의 종료

멀티 코어 프로그래밍

멀티 스레드는 멀티 코어 시스템에서 보다 효율적
시분할(Time-sharing) 뿐 아니라 병렬(Parallelism)로 실행되기 때문
그러나 멀티 코어 프로그래밍을 하는 것은 복잡한 작업이고, 다음은 이에 대한 5가지 도전 과제
1. 태스크 인식 (identifying tasks)
  - 응용 프로그램을 분석해서 독립된 병행 가능 태스크로 나눌 수 있는 영역을 찾는 작업
2. 균형 (balance)
  - 찾아낸 영역들이 균등한 기여도를 가지도록 태스크를 나누는 작업
3. 데이터 분리 (data spliting)
  - 태스크가 접근하고 조작하는 데이터를 개별 코어에서 사용할 수 있도록 나누는 작업
4. 데이터 종속성 (data dependency)
  - 태스크가 접근하는 데이터에 대해 둘 이상의 태스크 사이에 종속성이 없는지 검토
5. 테스트 및 디버깅 (test and debugging)
  - 단일 스레드인 경우보다 테스트 및 디버깅이 어려움
위 문제만 해결한다면, 멀티 코어 시스템에서 코어는 다다익선인가?

참고

운영체제 공룡책 강의 | 주니온 | 인프런 https://www.inflearn.com/course/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9C-%EA%B3%B5%EB%A3%A1%EC%B1%85-%EC%A0%84%EA%B3%B5%EA%B0%95%EC%9D%98/dashboard
운영체제 제 10판 Abraham Silberschatz, Peter Baer Galvin, Greg Gagne 저/박민규 역 퍼스트북 2020년 02월 28일
운영체제 제 10판 솔루션 https://codex.cs.yale.edu/avi/os-book/OS10/practice-exercises/index-solu.html

OS Thread (1)

목적

실천 목표

이제까지의 내용은 사실, 싱글 스레드

그렇다면 스레드란

멀티 스레드의 이점

스레드 프로그래밍 (Java)

멀티 코어 프로그래밍

참고

Further Reading

OS Thread (2)

OS CPU Scheduling

OS Synchronization Tools

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