CS스터디-3

2021-02-24

먼저 멀티 스레드와 멀티 코어를 알기전에cpu, 프로세서, 코어에 대한 정리 ->

CPU

• 컴퓨터의 구성 단위중 기억, 연산 제어의 3대 기능을 종합하는 장치이고 컴퓨터의 가장 중요한 부분으로 프로그램의 명령어를 해석하여 데이터를 연산 / 처리 하는 부분, 혹은 그 기능을 내장한 칩을 말한다. 컴퓨터가 동작하는데 필요한 모든 계산을 처리한다.

processor

컴퓨터 운영을 위해 기본적인 명령어들을 처리하고 반응하기 위한 놀리회로지만 프로세서라는 용어는 점차적으로 CPU라는 용어를 대체해왔다.

core

코어란 CPU안에서 일하는 부품을 말한다 즉 CPU랑은 다르다.
1개면 싱글 코어, 2개면 듀얼코어 ....-> 많으면 많을수록 일반적으로 처리 속도가 빨라진다.

싱글코어 2.4ghz와 듀얼코어 1.4ghz중 더 좋은것은
일반적으로 클럭수가 높으면 좋다고 알고 있지만 듀얼 코어가 더 좋은것이다. 한사람이 2.4로 일하는것보다 두사람이 1.4로 일하는것이 더 빠르다.

Thread

• 여러개의 프로그램들은 각각 하나의 프로세스를 가진다.
  반면에 스레드는 프로세스를 여러개로 나눈 조각과 같다고 설명 할 수 있다. 이클립스를 하나 구성하는 프로세스에 파일을 자동 저장하고, 입력하는 동안 프로그래밍 문법을 검사하고 , 키보드를 통해 사용자의 입력을 받는 동안 각각의 스레드에 의해서 동작이 된다 -> 즉 하나의 큰 프로세스 하나에 여러개의 스레드가 동작 하고 있다.
• 스레드를 이용하면 하나의 프로그램에서 한번에 하나의 일을 처리하는 것이 아니라 동시에 많은 일을 처리 할 수 있다.

멀티스레드

멀티 쓰레드(Thread)란 무엇인가?

• 하나의 프로세스를 다수의 실행 단위로 구분하여 자원을 공유하고 자원의 생성과 관리의 중복성을 최소화하여 수행 능력을 향상시키는 것을 멀티스레딩이라고 한다.

• 하나의 프로그램에 동시에 여러개의 일을 수행할수 있도록 해주는 것이다.

• 멀티 스레드 프로그래밍에서 운영체제의 역할은 거의 없다
  모든 것은 CPU에 달려 잇다.

• 운영체제 별 성능이 차이가 없다.

멀티 쓰레드를 사용하는 이유는?

• 프로세스를 이용하여 동시에 처리하던 일을 쓰레드로 구현할 경우 메모리 공간과 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.

• 쓰레드 간의 통신이 필요한 경우에도 별도의 자원을 이용하는 것이 아니라 전역 변수의 공간 또는 동적으로 할당된 공간인 힙(Heap) 영역을 이용하여 데이터를 주고받을 수 있다.

• 그렇기 때문에 프로세스 간 통신 방법에 비해
  스레드 간의 통신 방법이 훨씬 간단하다.

• 심지어 스레드의 문맥 교환은 프로세스 문맥 교환과는 달리 캐시 메모리를 비울 필요가 없기 때문에 더 빠르다.

• 따라서 시스템의 처리량이 향상되고 자원 소모가 줄어들어 자연스럽게 프로그램의 응답 시간이 단축된다.

이러한 장점 때문에 여러 프로세스로 할 수 있는 작업들을 하나의 프로세스에서 여러 쓰레드로 나눠 수행하는 것이다.

멀티 프로세스와 멀티 쓰레드의 차이점

멀티 프로세스 : 데이터 영역, 힙, 스택 영역 모두를 비공유

멀티 쓰레드 : 데이터 영역, 힙, 스택 영역중 스택 영역만 비공유

멀티 쓰레딩의 장점

• 프로세스 생성은 많은 시간과 자원을 소비한다. 이러한 단점을 최소화 시킨 일종의 경량화된 프로세스 = 쓰레드를 만들게 된 것이다.

• 멀티 스레드에서 스레드간 스택 영역만 비공유하고
  데이터 영역과 힙 영역을 공유한다.

• 스레드의 생성 및 컨텍스트 스위칭은
  프로세스의 생성 및 컨텍스트 스위칭보다 빠르다.

• 멀티 쓰레드 컨텍스트 스위칭 시 데이터 영역과 힙을 올리고 내릴 필요가 없다.

• 데이터 영역과 힙 영역을 통해 데이터 교환이 가능하다.

• 쓰레드 사이에서의 데이터 교환에서는 특별한 기법이 필요없다.
  

멀티 쓰레딩의 단점

멀티 프로세스 기반으로 프로그래밍할 때는 프로세스 간 공유하는 자원이 없기 때문에
동일한 자원에 동시에 접근하는 일이 없었지만
멀티 쓰레딩을 기반으로 프로그래밍할 때는 이 부분을 신경써줘야 한다.

서로 다른 쓰레드가 데이터와 힙 영역을 공유하기 때문에
어떤 쓰레드가 다른 쓰레드에서 사용중인 변수나
자료 구조에 접근하여 엉뚱한 값을 읽어오거나 수정할 수 있다.

그렇기 때문에 멀티쓰레딩 환경에서는 동기화 작업이 필요하다.

동기화를 통해 작업 처리 순서를 컨트롤 하고
공유 자원에 대한 접근을 컨트롤 하는 것이다.

하지만 이로 인해 병목 현상이 발생하여 성능이 저하될 가능성이 높다.

그러므로 과도한 락(lock)으로 인한 병목 현상을 줄여야 한다.

공유 자원이 아닌 부분은 동기화 처리를 할 필요가 없다.
즉, 동기화 처리가 필요한 부분에만 synchronized 키워드를 통해 동기화하는 것이다.

불필요한 부분까지 동기화를 할 경우
현재 쓰레드는 락(lock)을 획득한 쓰레드가 종료하기 전까지 대기해야한다.
그렇게 되면 전체 성능에 영향을 미치게 된다.

즉 동기화를 하고자 할 때는
메소드 전체를 동기화 할 것인가 아니면 특정 부분만 동기화할 것인지 고민해야 한다.