Multi Task, Multi Processor

Deagwon Bu·2021년 12월 5일

멀티쓰레딩 멀티프로세싱 하이퍼쓰레딩

System Programing

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I. "작업"과 "자원"의 의미

컴퓨터는 자원으로 작업을 수행하는 장치이다. 자세히 알아보자.

1. 작업이란?

Task란 "실행" 혹은 "일"의 단위이다. Linux Kernel의 Resource Shareing관점에서 Tasks는 Process, Thread으로 간주될 것이다.
-wikipedia

이전 포스트에서 Process와 Thread에 대해 다뤘다. 이러한 Process, Thread 또한 정의된 "작업"이다. (나는 처음 공부할 때, Process와 Thread가 일을 하는 자원이라고 오해하다보니 많이 헤맸던 경험이 있다.)

2. 자원이란?

Computer의 자원은 Computer가 동작하기 위해 필요한 모든 물리적 장치를 의미한다. 하지만 이번 포스트에서는 이 자원중에서도 Processor에 대해 다루겠다.

Processor (Processing Unit)은 메모리 혹은 다른 외부 데이터 자원에 대한 작업을 수행하는 논리 회로를 의미한다.
-wikipedia

3. 그래서..?

정리해보면 컴퓨터는 "Process & Thread"라는 작업을 생성하고 CPU라는 자원이 이 작업을 수행하는 장치이다.

자원의 개수에 따라

Single Processor System
Multi Processor System

이 분리되고

작업의 개수가 하나 이상인 경우

multi Programing
multi Tasking
multi processing
multi Threading

등이 존재한다.

만약 여러분이 최근에 나온 컴퓨터로 Chrome탭을 여러개 실행하고 있다면,
여러분은 Multi processor System에서 Multi Processing을 수행하고 있으며, 동시에 각 Process마다 Multi Threading이 수행되고 있다.

II. Multi task, Multi processor

1. Single Core, Single Process, Single Thread

가장 단순한 경우이다. 1개의 작업을 1개의 자원이 수행한다. Scheduling같은 작업이 필요하지 않다.

2. Single Core, Multi Process, Single Thread

CPU의 Core가 1개이고 이 Core는 동시에 1개의 Thread만 실행이 가능하다.
각 프로세스마다 실행 시간을 할당(Scheduling)하고 번갈아가면서 수행(Context Switching)해야 한다.
Scheduling을 통해 CPU Protection을 수행한다.
Process는 다른 I/O, Memory의 자원을 커널의 도움 없이 접근할 수 없다. (Memory/IO Protection)
Process 수준의 Context Switching이 발생하기 때문에 Switch overhead가 높다. (PCB의 정보를 모두 저장 Load해야한다.)

3. Single Core, Multi Process, Multi Thread

CPU의 Core가 1개이고 이 Core는 동시에 1개의 Thread만 실행이 가능하다.
각 쓰레드마다 실행 시간을 할당(Scheduling)하고 번갈아가면서 수행(Context Switching)해야 한다.
Scheduling을 통해 CPU Protection을 수행한다.
동일한 Process 안에서 Context Switching이 발생하는 경우
- 일부 자원을 공유하기 때문에 Switch overhead가 낮다. (TCB의 정보만 변경한다.)
- 다른 Thread의 일부 I/O, Memory의 자원에 접근할 수 있다. (Memory/IO Protection이 지켜지지 않는다.)
- 새로운 Thread를 생성하는 비용은 새로운 Process를 생성하는 비용에 비해 저렴하다. (low thread creation)

4. Multi Core, Multi Process, Multi Thread

CPU의 Core가 여러개이고, 각각의 Core는 동시에 1개의 Thread만 실행이 가능하다.
각 쓰레드마다 실행 시간을 할당(Scheduling)하고 번갈아가면서 수행(Context Switching)해야 한다.
Scheduling과 다른 core의 실행을 통해 CPU Protection을 수행한다.
동일한 Process 안에서 Context Switching이 발생하는 경우
- 일부 자원을 공유하기 때문에 Switch overhead가 낮다. (TCB의 정보만 변경한다.)
- 다른 Thread의 일부 I/O, Memory의 자원에 접근할 수 있다. (Memory/IO Protection이 지켜지지 않는다.)
- 새로운 Thread를 생성하는 비용은 새로운 Process를 생성하는 비용에 비해 저렴하다. (low thread creation)

5. Multi Core, Multi Process, Multi Thread And Hyper Threading

CPU내부에서는 부동소수점 처리 코어인 FPU와 정수 연산 코어인 ALU가 존재한다. 대부분의 경우 FPU가 덜 사용된다. 이를 활용하여 가상 쓰레드를 하나 더 만들어 하나의 코어가 하나 이상의 쓰레드를 동시에 실행할 수 있도록하는 기술을 하이퍼 쓰레딩이라고 한다.(명확하지 않다. 더 정리가 필요하다.)

하이퍼 쓰레딩 기술이 하나의 코어를 완전히 2개의 코어로 만들지는 못하지만 개념적으로 하나의 코어가 여러개의 쓰레드를 수행할 수 있다.