시스템 프로그래밍 6장 : Thread

프로세스를 생성하는 것은 굉장히 system overhead가 드는 작업이다.

- process는 독립적으로 동작하는 큰 단위이다.

process에 포함된 것들

     - address space ( code, data, stack, heap, ...)

     - OS resource(open file descriptor, account, env, ...)

     - process에 현재 실행하는 hardware 상태( PC, SP, registers, ...)

- process간 data통신을 하기 위해서는 OS의 resource를 거쳐서 작업한다.

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*process를 생성해서 실행해도 변하지 않고 사용할 수 있는 resource들이 있다.

- code, data

- privilege상태

- OS의 resource들 (file descriptor, socket, ...)

*반면에 process가 실행되면서 실시간으로 변하는 값도 있다.

- CPU의 상태(register, SP, stack, ...)

 

여러개의 작업을 동시에 작업하기 위해서 어떻게 작업할 수 있는가?

공유할 수 있는 건 공유하고, 별도로 작동하는 것만 별도로 운영한다! -> Thread

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Thread란?

Prcocess 내부에서 독립적인 제어 흐름을 가지는 단위

하나의 process는 자신이 수행되는 program의 흐름 상태(PC, stack, register)를 가진다.

이런것들을 다른 process가 아닌 하나의 process내에서 여러 개 가지는 것이! - > multi Thread

thread는 CPU의 scheduling 단위이다.

multi Thread는 process내에서 여러 개의 제어 흐름을 가진다.

Thread의 구성

thread ID, PC, register, stack값들을 관리할 수 있는 stack영역

code, data OS resoure는 multi-thread에서 공유된다.

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z.B.)

• web browser
  • a thread which display images and text
  • another thread which receives data from network
• word processor
  • a thread which draws a graph
  • second thread which reads key or mouse events by user
  • third thread which check spelling and grammar
• Web server case
  • single-threaded server
    • requests from users are handled sequentially by one process
  • multi-process server
    • a new process is created for a new client
    • high process overhead
  • multi-threaded server
    • almost same as the multi-process server, but the overhead is quite small

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대부분은 OS Multi Thread safe library를 제공한다.

• Linux/Unix
  • POSIX Pthreads
  • Mach C-threads, Solaris Threads

POSIX는 standard API(IEEE 1003.1c)를 정의한 것이다.

thread에 대한 creation, management, synchronization 등에 대해서 표준으로 재정해놓은것

thread가 어떻게 행동해야되는가에 대해서 단지 스펙만 정리했다.

이것은 OS마다 어떻게 정의하는가에 따라 달라질 수 있지만 user level에서 동일하게 표준화 되어있다.

Linux계열의 OS에서는 thread를 Posix stand에 맞게 구현되어있다.

pthreads libraray

- <pthread.h>에 존재한다.

- libpthread.a라는 library형태로 구현되어있다.

- 이것은 일반적인 gcc에 포함되어있지 않기 때문에 일반적인 gcc에서 compile안된다.

그래서 compile option : -lpthread 를 같이 입력해야한다.

$ gcc test.c -lpthread

Pthreads API and data types

일반적인api system call 함수들은 pthread_로 시작한다.

이런 data type, 함수들을 이용해서 프로그램한다.

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pthread_create

#include <pthread.h>

int pthread_create( pthread_t *thread,
        pthread_attr_t *attr,
        void *(*start_routine)(void *),
        void *arg);

thread를 생성하는 thread API

thread : OS에서 할당된 thread id를 받을 포인터 attr : 생성된 새로운 thread에 대한 attribute를 받을 포인터  // 사용하지 않으면 null로 넘겨줘도 된다. start_routine : 함수 포인터 thread가 생성될 때 thread가 생성될 때 thread가 실행해주는 작업을 함수로 정의한 것 arg : 이 함수에 전달해줄 argument를 포인터 형태 전달 int, data struct

return 0 / error number

기본적으로 process는 main thread를 가진다.

추가적으로 만들기 위해서 이것을 사용한다.

thread가 만들어지면 독립적으로 동작을 한다.

현재 process에서 너무 많은 tread를 만드는 것을 방지하기 위해서 maximum이 제한되어져 있다.

Terminating a pthread

-직접

  - 아무것도 부르지 않더라도 전달한 함수가 종료되면 thread가 종료된다.

 - pthread exit를 불러서 종료할 수 있다.

- 다른 thread에서

  - pthread id를 이용해서pthread\_cancel을 불러서 종료된다.

  - process자체가 종료되면 관련된 thread들도 종료된다.

void pthread_exit(void *retval)

특정 thread에서 자신의 thread를 종료하는 방법 이것을 함수를 이용해서 종료하는 것을 권장한다.    - main thread에서 실행하면 main은 종료되고 다른 thread는 계속 실행된다.    - main thread에서 exit를 호출하면 process가 종료되기 때문에 모든 thread 종료 open file을 close하지 않고 process가 종료될때 같이 종료된다.

retval : 이 값을 해당 pthread_joind으로 종료되기를 기다리는 다른 thread에게 전달한다.

return

Detaching / Joining a thread

thread가 생성될 때 joinable or detached 속성을 가진다. default는 joinable이다.

• detached thread
  • pthread_detach함수를 이용해서 분리한다.
  • 분리된 thread는 결코 join될 수 없이 독립적으로 관리된다.
  • 만약에 detach된 thread가 종료가 될 경우 resource는 즉시 반환된다.
• joinable thread
  • 다른 thread와 join되어있다.
  • thread가 사용하던 자원들은 반환되지 않고 join된 thread에게 넘겨준다.

int pthread_join(pthread_t tid, void **retval); 

어떤 thread가 다른 thread에게 join될 때까지 기다리는 함수 join된 thread가 arg를 넘겨줄 때까지 pthread_join은 block된다.  pthread_exit로 종료가 되면 pthread_join으로 thread가 join되고, retval에 넘겨받는 값을 받는다.

tid : join을 기다리는 thread의 id retval : join된 thread가 넘겨주는 parameter를 받는 변수 poiter

return 0 / error number

process vs thread 생성과 종료

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int pthread_self(void); 

thread id를 가져올 수 있다. 자기자신의 id

return 호출된 thread id

int pthread_equal(pthread_t t1, pthread_t t2);

특정 두 thread가 동일한 thread인지 확인

t1 : thread 1 t2 : thread2

return 같을경우 nonzero / 다를경우 0