Multithreaded Programming

Threads란?
CPU 이용의 기본 단위. 스케쥴링의 가장 작은 단위
lightweight process라고 부른다.
코드섹션, 데이터섹션, open files나 signal같은 운영체제 자원을 같은프로세스에 속한 쓰레드들끼리 공유한다.
쓰레드끼리 공유 안하는 것은 Thread Id, stack, register, pc 이다.

참고> 코드영역, 데이터영역, 스택영역, 힙영역
코드영역 : 실행할 프로그램 소스코드
데이터영역 : 전역변수, static 변수
스택영역 : 지역변수, 매개변수, 리턴값
힙영역 : malloc같이 사용자가 할당한 메모리가 여기 저장됨.
참고 사이트 : http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=ace7min&logNo=18253266

장점
1. 쓰레드 중에 하나가 blocking될 경우 다른 쓰레드가 돌아가기 때문에 프로그램이 계속 돌아간다.
2. 메모리와 자원을 공유한다.
3. 같은 프로세스 내에서 쓰레드 전환이 일어날 경우 프로세스 생성을 하지 않고 context switch overhead 작다.

User threads와 Kernel Threads

1) User threads
user-level의 thread library에 의해 관리된다.
커널로부터 지원이 없다.
장점
쓰레드간 전환할 때 커널 스케쥴러를 호출할 필요가 없기 때문에 빠르다. 커널 스케쥴러를 호출함은 유저모드에서 커널모드로 들어가는 것을 의미한다. 이는 레지스터 교환 등 많은 작업이 일어나게 되므로 느려진다.
단점
한 쓰레드가 system call등을 호출해서 커널로 진입할 때 그 프로세스의 다른 쓰레드도 모두 정지된다. 커널이 쓰레드의 존재를 알지 못하기 때문이다. 

2) Kernel threads

커널에서 사용하는 쓰레드.
장점
쓰레드 단위로 스케쥴링이 되므로 멀티프로세서를 활용할 수 있다.
단점
kernel level에서 동작하기 때문에, user level 쓰레드보다 느리다.

Multithreading Models

1) M-to-one
커널쓰레드 하나에 많은 유저쓰레드
쓰레드 하나가 blocking 당하면 나머지 쓰레드도 blocking.
한번에 한 유저쓰레드만 커널쓰레드에 접근 가능하다.

2) One-to-one
커널쓰레드 하나에 유저쓰레드 하나.
멀티프로세서에 병렬적으로 처리가 가능하다.
커널쓰레드를 만드는데 드는 오버헤드는 프로그램의 성능에 안좋은 영향을 줄 수 있다.

3) Many-to-Many
많은 커널쓰레드에 많은 유저쓰레드가 매핑됨.

참고사이트 : http://kldp.org/node/295/  유명한 곳인 듯

 
1. Thread Issue

한 쓰레드에서 fork 호출 할때, 새로운 프로세스는 부모의 모든 쓰레드를 복사할 것인가, 그 쓰레드 하나만 복사할 것인가?
exec()가 바로 호출되면 모든 쓰레드 복사가 필요없을 것이고 exec()가 바로 호출되지 않으면 필요할 것이다.

2. Thread Issue - signal

Unix 시스템에서 사용되고 프로세스에게 특정한 이벤트가 발생했다고 통보한다.
signal 처리
Default action
프로세스가 시그널처리 핸들러가 없을 경우 커널에 의해 처리
core dump(메모리, 레지스터 값을 알려주고) 종료되는 경우 (Abort), 그냥 종료되는 경우(exit), 무시하는 경우(ignore), 프로세스를 정지하는 경우(stop), 정지되었을 경우 재개하는 경우(continue)가 있다.

시그널 핸들러가 있는 경우
스그널을 받으면 핸들러에 따라 처리.
신호를 블락할 수 있다.
그러나 SIGKILL이나 SIGSTOP은 핸들러 처리나 블락 못하고 받아들어야 한다.

한 프로세스에 쓰레드가 여러개 있을 경우 시그널이 어디로 전달되어야 하나 ?
1. 시그널이 적용되는 스레드에게 전달(예 : 동기적 시그널)
2. 모든 스레드에게 전달 (예 : ctrl-c)
3. 프로세스의 특정 스레드에게 전달. 어떤 스레드는 block할 수 있고 어떤 스레드는 accept할 수 있다.
4. 모든 시그널을 받는 지정된 스레드에게 전달.

3. Threading issues - Thread Pool

프로세스 시작시에 쓰레드 미리 생성해서 pool에다가 보관하다가

프로세스가 요청하면 전달한다.
쓰레드가 종료되면 다시 pool로 복귀.
미리 생성해놔서 더 빠르다.
쓰레드 수 제한이 가능해진다. 많은 수의 쓰레드를 동시에 처리하지 못하는 시스템에게는 좋겠지.

4. Threading Issues - Stack overflow

User thread의 스택이 overflow가 날 경우 커널은 알지 못한다.
커널이 protection fault를 감지하고 SIGGEGV 시그널을 해당 프로세스에게 보낸다.