TIL 220910

강지훈·2022년 9월 9일
0

[멀티프로세싱과 멀티스레딩, 그리고 IPC]
멀티프로세싱
멀티프로세싱은 여러 개의 '프로세스', 즉 멀티프로세스를 통해 동시에 두 가지 이상의 일을 수행할 수 있는 것을 말합니다. 이를 통해 하나 이상의 일을 병렬로 처리할 수 있으며 특정 프로세스의 메모리, 프로세스 중 일부에 문제가 발생되더라도 다른 프로세스를 이용해서 처리할 수 있으므로 신뢰성이 높은 강점이 있습니다.

멀티스레딩
멀티스레딩은 프로세스 내 작업을 여러 개의 스레드, 멀티스레드로 처리하는 기법이며 스레드끼리 서로 자원을 공유하기 때문에 효율성이 높습니다. 예를 들어 웹 요청을 처리할 때 새 프로세스를 생성하는 대신 스레드를 사용하는 웹 서버의 경우 훨씬 적은 리소스를 소비하며, 한 스레드가 중단(blocked)되어도 다른 스레드는 실행(running) 상태일 수 있기 때문에 중단되지 않은 빠른 처리가 가능합니다. 또한, 동시성에도 큰 장점이 있습니다. 하지만 한 스레드에 문제가 생기면 다른 스레드에도 영향을 끼쳐 스레드로 이루어져 있는 프로세스에 영향을 줄 수 있는 단점이 있습니다.

멀티프로세스: 웹 브라우저
웹 브라우저는 멀티프로세스 구조를 가지고 있으며 다음과 같습니다.

브라우저 프로세스: 주소 표시줄, 북마크 막대, 뒤로가기 버튼, 앞으로 가기 버튼 등을 담당하며 네트워크 요청이나 파일 접근 같은 권한을 담당합니다.

  • 렌더러 프로세스: 웹 사이트가 '보이는' 부분의 모든 것을 제어합니다.
  • 플로그인 프로세스: 웹 사이트에서 사용하는 플러그인을 제어합니다.
  • GPU 프로세스: GPU를 이용해서 화면을 그리는 부분을 제어합니다.

멀티스레드: 웹 브라우저의 렌더러 프로세스

IPC
멀티프로세스는 IPC(Inter Process Communication)가 가능하며 IPC는 프로세스끼리 데이터를 주고받고 공유데이터를 관리하는 메커니즘을 뜻합니다.
클라이언트와 서버를 예로 들 수 있는데, 클라이언트는 데이터를 요청하고 서버는 클라이언트 요청에 응답하는 것도 IPC의 예입니다.
IPC의 종류로는 공유 메모리, 파일, 소켓, 익명 파이프, 명명파이프, 메시지 큐가 있습니다.
이들은 모두 메모리가 완전히 공유되는 스레드보다는 속도가 떨어집니다.

공유 메모리
공유 메모리(Shared memory)는 여러 프로세스에 동일한 메모리 블록에 대한 접근 권한이 부여되어 프로세스가 서로 통신할 수 있도록 공유 버퍼를 생성하는 것을 말합니다.
기본적으로는 각 프로세스의 메모리를 다른 프로세스가 접근할 수 없지만 공유 메모리를 통해 여러 프로세스가 하나의 메모리를 공유할 수 있습니다.
IPC 방식 중 어떠한 매개체를 통해 데이터를 주고받는 것이 아닌 메모리 자체를 공유하기 때문에 불필요한 데이터복사의 오버헤드가 발생하지 않아 가장 빠르며 같은 메모리 영역을 여러 프로세스가 공유하기 때문에 동기화가 필요합니다
참고로 하드웨어 관점에서 공유 메모리는 CPU가 접근할 수 있는 큰 랜덤 접근 메모리인 RAM을 가리키기도 합니다.

파일
파일은 디스크에 저장된 데이터 또는 파일 서버에서 제공한 데이터를 말합니다.
이를 기반으로 프로세스 간 통신을 합니다.

소켓
동일한 컴퓨터의 다른 프로세스나 네트워크의 다른 컴퓨터로 네트워크 인터페이스를 통해 전송하는 데이터를 의미하며 TCP와 UDP가 있습니다.

익명 파이프
익명 파이프는 프로세스 간에 FIFO 방식으로 익히는 임시 공간인 파이프를 기반으로 데이터를 주고받으며, 단방향 방식의 읽기 전용, 쓰기 전용 파이프를 만들어서 작동하는 방식을 말합니다. 이는 부모, 자식 프로세스 간에만 사용할 수 있으며 다른 네트워크상에서는 사용이 불가능합니다.

명명된 파이프
명명된 파이프는(named pipe)는 파이프 서버와 하나 이상의 파이프 클라이언트 간의 통신을 위한 명명된 단방향 또는 이중 파이프를 말합니다. 클라이언트/서버 통신을 위한 별도의 파이프를 제공하며, 여러 파이프를 동시에 사용할 수 있습니다.
컴퓨터의 프로세스끼리 또는 다른 네트워크상의 컴퓨터와도 통신을 할 수 있습니다.

메시지 큐
메시지 큐는 메시지를 큐(queue) 데이터 구조 형태로 관리하는 것을 의미합니다.
이는 커널의 전역변수 형태 등 커널에서 전역적으로 관리되며 다른 IPC 방식에 비해서 사용 방법이 매우 직관적이고 간단하며 다른 코드의 수정 없이 단지 몇 줄의 코드를 추가시켜 간단하게 메시지 큐에 접근할 수 있는 장점이 있습니다.

공유 메모리를 통해 IPC를 구현할 때 쓰기 및 읽기 빈도가 높으면 동기화 때문에 기능을 구현하는 것이 매우 복잡해지는데, 이때 대안으로 메시지 큐를 사용하기도 합니다.

[공유자원과 임계 영역, 그리고 경쟁상태(race condition)]
공유 자원
공유 자원(shared resource)은 시스템 안에서 각 프로세스, 스레드가 함께 접근할 수잇는 모니터, 프린터, 메모리, 파일, 데이터 등의 자원이나 변수 등을 의미합니다.

이 공유 자원을 두개 이상의 프로세스가 동시에 읽거나 쓰는 상황을 경쟁 상태(race condition)라고 합니다. 동시에 접근을 시도할 때 접근의 타이밍이나 순서 등이 결괏값에 영향을 줄 수 있는 상태인 것이죠.

임계 영역
임계 영역은 둘 이상의 프로세스 또는 스레드가 공유자원에 접근할 때 순서 등의 이유로 결과가 달라지는 코드 영역을 말합니다.
임계 영역을 해결하기 위한 방법은 크게 뮤텍스, 세마포어, 모니터 세 가지가 있으며, 이 방법 모두 상호 배제, 한정 대기, 융통성이란 조건을 만족합니다.
이 방법에 토대가 되는 메커니즘은 잠금(lock) 입니다. 예를 들어 임계 구역을 화장실이라고 가정하면 화장실에 A라는 사람이 들어간 다음 문을 잠급니다.
그리고 다음 사람이 이를 기다리다가 A가 나오면 화장실을 쓸 수 있는 것이죠

상호배제: 한 프로세스가 임계 영역에 들어갔을 때 다른 프로세스는 들어갈수 없다
한정대기: 특정 프로세스가 영원히 임계 영역에 들어가지 못하면 안 된다
융통성: 한 프로세스가 다른 프로세스의 일을 방해 해서는 안 된다.

profile
never stop

0개의 댓글