운영체제(3)

💡 지난 내용 복습

• 동기식 입출력과 비동기식 입출력
  • 동기식 입출력
    • I/O 요청 후 입출력 작업이 완료된 후에야 제어가 사용자 프로그램에 넘어감
    • 구현 방법 1
      • I/O가 끝날 때까지 CPU를 낭비
      • 매시점 하나의 I/O만 일어날 수 있다.
    • 구현 방법 2
      • I/O가 완료될 때까지 해당 프로그램에게서 CPU를 빼앗음
      • I/O 처리를 기다리는 줄에 그 프로그램을 줄 세움
      • 다른 프로그램에게 CPU를 줌
  • 비동기식 입출력
    • I/O가 시작된 후 입출력 작업이 끝나기를 기다리지 않고 제어가 사용자 프로그램에 즉시 넘어감
  • 두 경우 모두 I/O의 완료는 인터럽트로 알려준다.

• 스케줄러(Scheduler)
  • Long-term scheduler(장기 스케줄러 or job scheduler)
    • 시작 프로세스 중 어떤 것들을 ready queue로 보낼지 결정한다
    • 프로세스에 memory를 주는 문제
    • time sharing system에는 보통 장기 스케줄러가 없다
  • Short-term scheduler(단기 스케줄러 or CPU scheduler)
    • 어떤 프로세스를 다음번에 running 시킬 지 결정
    • 프로세스에 CPU를 주는 문제
    • 충분히 빨라야함(millisecond 단위)
  • Medium-Term Scheduler(중기 스케줄러 or Swapper)
    • 여유 공간 마련을 위해 프로세스를 메모리에서 디스크로 보낸다.
    • 프로세스에게서 memory를 뺏는 문제

💡 Thread

• Thread

  • 주소 공간

    • stack, data, code로 이루어져있다.

  • PCB

    • program counter와 register를 포함한다.
    • 각 쓰레드(CPU 수행단위)마다 register에 어떤 값을 넣고, program counter가 코드 어느 부분을 가리키고 실행되는가를 별도로 유지한다.
    • 프로세스 하나 당 공유할 수 있는 것을 최대한 공유한다.
    • 각종 자원들도 쓰레드들 끼리는 공유한다.
    • 별도로 가지고 있는 것
      • CPU 수행과 관련된 정보
      • Program Counter
      • Stack

  • Lightweight Process

  • 구성

    • program counter
    • register set
    • stack space

  • 동료 Thread와 공유하는 부분(=task)

    • code section
    • data section
    • OS resources
    • 즉, 하나의 프로세스 안에 thread가 여러개 있다면 task는 하나만 있다는 뜻.
      • 프로세스를 별도로 두는 것 보다 프로세스 안에 Thread를 여러개 두는 것이 훨씬 가볍기 때문에 효율적이다.

  • 전통적인 개념의 heavyweight process는 하나의 thread를 가지고 있는 task로 볼 수 있다.

  • 다중 스레드로 구성된 Task 구조에서는 하나의 서버 스레드가 blocked(waiting)상태인 동안에도 동일한 태스크 내의 다른 스레드가 실행(running)되어 빠른 처리를 할 수 있다

  • 동일한 일을 수행하는 다중 스레드가 협력하여 높은 처리율(throughput)과 성능 향상을 얻을 수 있다

    • 메모리 등 자원들을 아낄 수 있다는 의미이다.
      • 같은 일을 하는 프로세스를 여러개 띄워놓는다면 각각의 메모리에 올라가야 하기 때문에 메모리 낭비가 심하다.

  • 스레드를 사용하면 병렬성을 높일 수 있다.

    • 이례적인 경우.
      - CPU가 여러개 달린 컴퓨터에서만 얻을 수 있는 장점.
      - 1000*1000 행렬 곱의 경우 독립적인 연산인데, CPU가 하나라 면 곱을 순차적으로 연산한다. 하지만 여러개 있다면 곱을 부분을 나눠서 수행한 후 마지막에 합친다.
      
      🧨 위 처럼 (4 x 2)행렬과 (2 x 3)행렬의 경우 총 열 두번의 연산이 필요하다.
      🧨 열 두번의 연산을 CPU가 세 개인 경우 네 개씩 나누어 처리하기 때문에 연산이 빨라진다는 의미.
      
    • process는 하나이기 때문에 PCB는 하나만 생성
      • 쓰레드는 프로세스 마다 가지고 있는 정보 중 CPU 수행과 관련된 정보만 별도로 가지고 있게 된다.(lightweight)

• Thread의 장점

  • Responsiveness
    • 응답성. 사용자 입장에서 빠르다
    • 웹 브라우저가 스레드를 여러개 가지고 있게 되면 하나의 스레드는(이미지 등을 불러오는 스레드) 다른 스레드는 유지되고 있다.
      • 일종의 비동기식 입출력으로 이해해도 무방함
  • Resource Sharing
    • n threads 는 code, data, process의 자원들을 공유할 수 있다.
  • Economy
    • creating & CPU switching thread (rather than a process)
    • process 하나를 만드는 것은 overhead가 크지만, thread를 하나 추가하는 것은 overhead가 작다.
    • context-switch가 일어날 때, 하나의 프로세스로부터 또 다른 프로세스로 CPU가 넘어가는 것은 overhead가 크다.
      • Thread간 switch가 일어나는 것은 간단하다. 대부분의 문맥은 그대로 사용할 수 있기 때문이다.
  • Utilization of MP Architectures
    • CPU가 여러개 있는 경우 얻을 수 있는 장점
    • 각 스레드가 다른 프로세서에서 병렬로 실행될 수 있다면 처리 시간이 빨라지고 성능이 향상될 수 있습니다. 이는 동시에 실행할 수 있는 더 작고 독립적인 하위 작업으로 나눌 수 있는 작업의 경우 특히 그렇습니다. 여러 프로세서를 활용하면 각 스레드가 해당 하위 작업을 동시에 처리할 수 있으므로 전체적으로 완료 시간이 빨라집니다.

• 출처 : http://www.kocw.or.kr/home/cview.do?mty=p&kemId=1046323