Thread의 일반적인 개념
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Thread는 CPU utilization의 기본 단위로, program counter, stack, thread ID로 구성된다.
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Thread는 process 내부에서 실행되는 단위이다.
- 하나의 process는 여러 개의 thread를 가질 수 있다.
Thread는 process 안에서 실제로 CPU 위에서 실행되는 최소 실행 단위이다.
왜 Multithreading을 사용하는가?
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Thread는 lightweight process라고도 불린다.
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하나의 process를 여러 thread로 나누어 parallelism을 달성하기 위함이다.
- browser에서는 여러 tab을 서로 다른 thread로 관리할 수 있다.
- MS Word는 여러 thread를 사용한다.
(예: 한 thread는 text formatting, 다른 thread는 input 처리)
Thread의 일반적인 개념
- Thread는 같은 program에 속한 동시 실행 흐름(concurrent flows of execution)이다.
- 같은 process에 속한 thread들은 같은 address space를 공유한다.
Creating Thread in User-level
새로운 Thread 생성
pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void*), void *arg)
- 호출한 process 안에서 새로운 thread를 생성한다.
- 새 thread는
start_routine()함수를 실행하며 시작한다. arg는start_routine()의 인자로 전달된다.
종료된 Thread와 Join
pthread_join(pthread_t thread, void **retval)
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해당 thread가 종료될 때까지 대기한다.
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pthread_join()이 성공하면, thread에 할당된 자원이 정리된다. -
join에 실패하면 zombie thread가 발생할 수 있다.
- zombie thread는 일부 system resource를 소비한다.
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Linux kernel은 user-level thread를 생성하기 위해 내부적으로
clone()system call을 사용한다.
User-level Thread Example
기본 개념
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pthread_create()로 thread 생성 -
pthread_t- thread ID를 나타내는 타입
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pthread_self()- 현재 thread의 ID를 반환하는 함수
pthread_create()로 2개의 child thread를 생성한다.- 각 child thread는
tid_print함수를 실행한다. - parent thread도 동일하게
tid_print함수를 호출한다. pthread_join()을 통해 모든 child thread가 종료될 때까지 대기한다.
tid_print 함수
- 전달받은 thread 이름을 출력한다.
getpid()로 process ID(pid) 를 얻는다.pthread_self()로 thread ID(tid) 를 얻는다.- thread 이름, pid, tid를 출력한다.
실행 결과 해석
[child_thread] pid: 94247 tid: fbf45700
[parent_thread] pid: 94247 tid: fbf46740
[child_thread] pid: 94247 tid: fb744700- 모든 thread의 pid는 동일 → 같은 process에 속함
- 각 thread의 tid는 서로 다름 → 서로 다른 thread
Creating Thread in Kernel-level
Kernel Thread
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Kernel thread는 kernel 내부에서 background 작업을 수행하는 thread이다.
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주로 daemon 형태로 동작한다.
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예:
kswapdjournald
kswapd
- 평소에는 sleep 상태로 대기한다.
- free memory 양이 low watermark(
pages_low) 아래로 내려가면 깨어난다. - high watermark에 도달할 때까지 page reclaim을 수행한다.
journald
- file system의 crash consistency를 보장하기 위해
journaling 작업을 수행한다.
User-level Thread와의 관계
- kernel thread는 user-level thread와 매우 유사하다.
- 각 thread는 kernel scheduler가 관리하는 schedulable entity이다.
Kernel Thread 생성
- kernel thread를 생성하려면
kthread_create()를 사용한다.
Kthread APIs
생성 API
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kthread_create(threadfn, data, namefmt, arg...)- kernel thread를 생성한다.
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kthread_run(threadfn, data, namefmt, ...)- kernel thread를 생성하고 즉시 실행한다.
종료 API
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kthread_stop(struct task_struct *k)- kernel thread를 종료한다.
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kthread_should_stop()- thread가 계속 실행할지, 종료할지를 판단한다.
Example of Kernel Thread in Kernel Code
EXT4 File System 예제
- EXT4 file system은 background에서 journaling 작업을 수행하기 위해 kernel thread를 사용한다.
kthread_run()으로 journaling kernel thread를 생성한다.- thread 생성에 실패하면 error를 반환한다.
- commit 작업이 완료될 때까지 대기한다.
EXT4 File System – Lazy Initialization
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lazyinit 기능은 file system 생성 속도를 크게 향상시킨다.
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이유:
- 모든 inode table을 즉시 초기화하지 않고
- 초기 mount 이후 background에서 점진적으로 초기화하기 때문이다.
코드 동작
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kthread_run(ext4_lazyinit_thread, ...)- lazyinit kernel thread 생성
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kthread_should_stop()- thread 종료 여부 확인
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kthread_stop(ext4_lazyinit_task)- kernel thread 종료
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module 종료 시
ext4_destroy_lazyinit_thread()로 정리한다.
How to Make a Kernel Thread
Makefile 예제
- kernel module용 Makefile을 작성한다.
$ make로 빌드한다.$ make clean으로 정리한다.
Kernel Thread Module 예제
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kernel module에서 kernel thread를 생성하는 예제이다.
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test_thread()- 전달받은 argument를 출력하고 종료한다.
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thread_create()- 10개의 kernel thread를 생성한다.
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kthread_module_init()- module load 시 호출되며 kernel thread를 생성한다.
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kthread_module_cleanup()- module unload 시 호출된다.
실행 방법
$ make
$ insmod kthread_module.ko
$ dmesg
$ rmmod kthread_module실행 결과
- 각 kernel thread가 전달받은 argument 값을 출력한다.
- module load 시
"Hello Module"메시지가 출력된다.
반복 실행 Kernel Thread 예제
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MyThread- 생성된 kernel thread를 가리킨다.
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MyPrintk()kthread_should_stop()이 호출되기 전까지- 10초마다 문자열을 출력한다.
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init_kthread()kthread_run()으로 kernel thread를 생성한다.
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exit_kthread()kthread_stop()으로 kernel thread를 종료한다.
핵심 정리
kthread_stop()이 호출되기 전까지 kernel thread는 계속 실행된다
