Thread Asynchronize
Process(Task)
실행 중인 Program
운영체제 상, Process 간에는 직접적 메모리 공유가 불가능하게 되어 있음.
- IPC(Inter Process Communication) 을 통한 간접적 통신
- Kernel 에 요청한 Shared Memory 를 사용한 통신.
Thread
Process 내에서 함수 단위로 쪼개짐.
- Thread 간에서 공유되지 않는 것.
- Register
- Stack Memory / Stack Pointer
- Program Counter
- Memeory 등 나머지는 공유되는 것.
- 그래서 Process 에 비해 굉장이 가벼움.
- Scheduling 도 Thread 단위로 수행이 됨.
생성 가능 갯수의 한계보다 메모리가 더 빨리 소모되니 갯수 걱정은 안해도 됨 관련 SO
Kernel / User Level Thread
Threads Scheduling
- Kernel / User - Level Thread 의 Mapping 에 따라 달라짐.
그런데 최신 OS 는 Kernel Thread 를 사용한다고 보는게 맞을 듯.
Thread Pool
- 오버헤드를 줄이기 위한 기법
Thread Synchronization
원인
- Data Race
- 일반적인 CPU Instruction 은 R&W 가 Atomic 하지 않아서 생기는 문제
- Out of Order Execution
- Instruction Cycle 내에서 효율성을 위해 Instruction 처리 순서를 바꿈.
- 이는 Core 내에서 같은 결과를 내지만 Multi Thread 에선 아님.
- Cache Coherence
Atomic Instruction
수행 함 / 수행 안함 두가지 상태만 관측 가능한 명령어
- 정리 잘된 블로그
- Intel 에서는 Lock Prefix SO 를 통해 캐시를 잠그므로서 원자성을 보장함
- 명령어가 다루는 기본 단위에 대해서는 Data Race 가 해결됨.
CAS
- 스레드 동기화를 위한 작업에서 잘쓰이는 Atomic Instruction
- Mutex, Semaphore 의 구현
- Non-Blocking Algorithms
- 관련 SO
- CAS 를 이용한 멀티스레드 프로그램이 메모리 재할당시 생기는 문제
- 우연히 재할당된 주소가 비교할 주소와 같아서 버그를 일으킴
- 많은 기법이 가능성을 줄여주는데, GC 가 있으면 이 문제가 완전히 해결됨.
Memory Barrier
Memory Fence 라고도 부르며 Memory Order 를 관리하는 명령어
Memory Barrier 를 이용해서 스레드간 Out of Memory Order 문제를 해결함.
Critical Section
일정 이상의 Thread 가 동시에 접근하면 안되는 Code 의 일부
많은 방법이 있겠지만 Lock/Unlock 함수로 영역을 구분함.
- 어떤 정수에 대해 CAS(Atomic) 로 특정 값이 있을 때만 영역을 통과함.
- Memory Barrier 를 통해 영역 전후의 코드가 영역 안에 들어가지 못하게 함. 관련 IO
Semaphore
보통 OS 차원에서 구현이됨
구현에 따라 다르지만 SpineLock 이 아니면 내부에 Queue 를 두게 됨.
- 이는 Ready Queue, I/O Queue 와 비슷한 Queue 임.
Lock()에 들어오면 Queue 에 넣게 되어 스케듈링이 안됨.Release()에 들어오면 Queue 에 있던게 Ready Queue 로 가게 됨.
Binary Semaphore 는 Mutex 와 다름
- Mutex 와 달리
Lock()과Release()의 Thread 가 다를 수 있음 - 그래서 Event 혹은 Producer-Consumer Synchronization 에 가까움.
- 세마포어 값을 0 으로 하고
- 한 코드는 끝에
Release()다른쪽은 시작에Lock()을 하면 - 순서를 부여할 수 있고, 신호처럼 쓸 수 있음
- Server 에서 많이 쓰임.
Conditional Variable
같은 Mutex 를 가진 스레드끼리 순서를 두어 통신하기 위한 클래스
- 모두의 코드의 관련 문서
- Mutex 가 인자로 필요한 이유
- Mutex Unlock 하고 Sleep 해야하니까
- 서버 프로그래밍에서 Producer / Consumer 패턴에 쓰임.
Monitor
Semaphore 를 사용하기 쉽게 객체화 한 것으로 Java 에서 특히 많이 사용됨.
객체지향(Wrapping) + Mutex + Conditional Var 와 비슷하며 두가지 동기화를 지원함.
Mutual Exclusion Synchronize
- 공유자원을 래핑한 것으로, 공유자원에 접근하려면 Method 를 통해야만 함
- 이러한 Method 는 Semaphore 등으로 막혀서 상호배타 를 만족시켜줌
- 자바는 앞에
synchronized를 적으면 적용시켜줌.
Conditional Synchronize
- 추가로 실행 순서 를 도와주는 메소드.
- 예를들어 아래처럼 할 수 있음
- 나중에 실행되어야 하는 메소드는 처음에
wait()를 - 먼저 실행되어야하는 메소드는 끝에
notify()를 둚.
- 나중에 실행되어야 하는 메소드는 처음에
DeadLock
DeadLock 의 발생요건
- 상호 배제 : 한 자원은 동시에 한 대상만이 사용가능 => 필수
- 점유 대기 : 한 자원을 점유한 채로 다른 자원 점유를 대기함
- 한번에 다 점유시켜 해결 => Starving 의 가능성이 커짐.
- 비선점 : 다른 대상이 점유 중인 자원을 반환 전까지 선점 불가 => 필수
- 환형 대기 : 서로의 자원에 대해 점유 대기 상태를 유지
- 자원에 번호를 매겨 순서대로 할당시켜 해결
- 그러면 \((0, 1), (1, 2) ... (n, 0)\) 이 \((0, 1), (1, 2) ... (0, n)\) 이 되어 순환이 깨짐..
- 모두 메모리에 올릴 수도 없는거도 매기는게 힘듬
DeadLock Avoidence
- Banker’s Algorithms 이 정리된 블로그
DeadLock Detection
- GC 처럼 주기적 검출 => 비용이 너무 큼
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