[운영체제] 9. 스레드의 구현

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스레드의 구현

스레드는 운영체제에 따라 다양하게 구현될 수 있는데, 주로 세 가지 형태로 구분된다.

 

1. 사용자 수준 스레드

스레드 라이브러리를 이용하여 작동하는 형태

다대일 (n:1) 매핑

2. 커널 수준 스레드

커널(운영체제)에서 지원하는 형태

일대일 (1:1) 매핑

3. 혼합형 스레드

사용자 수준 스레드 + 커널 수준 스레드의 형태

다대다 (n:n) 매핑

 

1. 사용자 수준 스레드

 

그럼-1 사용자 수준 스레드

사용자 수준 스레드는 사용자 영역의 스레드 라이브러리로 구현하고, 스레드와 관련된 모든 행위를 사용자 영역에서 하므로 커널이 스레드의 존재를 모른다.

 

여기서 스레드 라이브러리는 스레드의 생성과 종료, 스레드간 메시지 전달, 스레드의 스케쥴링등을 보관한다.

ex) Phtread, Win32 Thread, Java Thread API

 

다수의 사용자 수준의 스레드가 커널 수준 스레드 한 개에 매핑된다

 

장점

• 이식성이 높다.

  커널에 독립적으로 스케쥴링일 할 수 있어 모든 운영체제에 적용 가능하다.

• 오버헤드가 적다.

  스케쥴링이나 동기화를 하려고 커널을 호출하지 않으므로 커널 영역으로 전환하는 오버헤드가 줄어든다.

• 유연한 스케쥴링이 가능하다.

  커널이 아닌 스레드 라이브러리에서 스레드 스케쥴링을 제어하므로 응용프로그램에 맞게 스케줄링할 수 있다.

 

단점

• 시스템의 동시성을 지원하지 않는다.

  스레드 단위가 아닌 프로세스 단위로 프로세서를 할당하기 때문에 스레드 단위로 다중처리를 할 수 없다.

• 확장에 제약이 따른다.

  커널이 한 프로세스에 속한 여러 스레드에 프로세서를 동시에 할당할 수 없어 확장성이 낮다.

• 스레드간 보호가 불가능하다.

  스레드간 보호에 커널의 보호 방법을 사용할 수 없기 때문에 스레드 라이브러리에서 스레드간 보호를 제공해야 한다.

 

커널 수준 스레드

 

그림-2 커널 수준 스레드

커널이 스레드와 관련된 모든 작업을 관리한다(PCB와 TCB 유지). 사용자 수준 스레드의 한계를 극복하기 위해 나온 방법으로, 사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드가 1:1매핑이 된다

 

장점

• 사용자 수준 스레드의 단점을 극복한다.
• 스레드 중 한 개가 대기 상태가 되더라도 다른 스레드를 실행할 수 있다.
• 다른 프로세스의 스레드를 병행으로 수행할 수 있다.

단점

• 커널이 전체 프로세스와 스레드 정보를 유지하여 오버헤드가 커진다.
• 동기화를 하기 위해 더 많은 자원이 필요하다.

혼합형 스레드

사용자 수준 스레드와 커널 수준 스레드를 혼합한 구조로 시스템 호출을 할 때 다른 스레드를 중단하는 (n:1) 매핑의 방식과 스레드의 수를 제한하는 (1:1) 매핑의 문제를 극복하기 위해 타나났다.

 

스레드 라이브러리가 최적의 성능을 지원하도록 커널이 경량 프로세스 수를 동적으로 조절하고 사용자 수준의 스레드와 커널 수준 스레드가 (n:m) 다대다로 매핑한다.

 

커널 영역에서 병렬 처리 정도를 매핑이 결정할 수 있어 병행 실행이 의미가 없을 때 다대일(n:1)매핑도 가능하다.

스레드 폴링

시스템이 관리하는 스레드의 풀을 응용 프로그램에 제공하여 스레드를 효율적으로 사용할 수 있게 하는 방법.

 

즉, 미리 생성한 스레드를 재사용하도록하여 스레드를 생성하는 시간을 줄여서 시스템의 부당믈 줄이고 동시에 생성할 수 있는 스레드의 수를 제한하여 시스템의 자원 소비를 줄여서 응용 프로그램의 전체 성능을 일정 수준으로 유지.