컴퓨터는 수많은 코드의 흐름으로 돌아간다.
이 코드 흐름 하나하나를 우리는 스레드(Thread)라고 부른다.
정확히 말하면,
CPU가 명령어를 순서대로 실행해나가는 경로(흐름)이다.
예를 들어보자.
print("동생 깨우기")
print("세수하기")
print("아침 먹기")이 코드는 아침에 일어나서 행동하는 순서를 나타낸 것이다.
이렇게 순서대로 처리되는 흐름이 바로 하나의 스레드이다.
print("노래 재생")
print("다음 곡 준비")이건 음악을 재생하는 코드이다.
만약 컴퓨터가 아침 루틴과 노래 재생을 동시에 처리한다면?
- 아침 루틴 스레드
- 음악 재생 스레드
→ 이렇게 서로 다른 일을 하는 두 개의 스레드가 있는 것이다.
🧵 PintOS | 스레드를 직접 다뤄보다
PintOS Project 1에서는
이 스레드라는 실행 흐름을 직접 만들어보고,
그 흐름을 운영체제가 어떻게 관리하는지 구현해보는 프로젝트이다.
누가 스레드를 관리할까?
컴퓨터에는 실행해야 할 코드들이 정말 많다.
즉, 수많은 스레드들이 존재한다.
PintOS에서는 CPU가 단 하나만 있다고 가정한다.
한 번에 딱 하나의 스레드만 실행할 수 있다.
나머지 스레드들은 기다려야 한다.
줄을 서서 "내 차례야!"라고 외치고 있는 셈이다.
누가 그 줄을 세워주고, 차례를 정해줄까?
바로 운영체제다.
운영체제는 마치 감독 선생님😎처럼 스레드들을 관리한다.
OS의 주요 역할 : 스케줄링 (Scheduling)
| 역할 | 설명 |
|---|---|
| 스레드 만들기 | 새로운 스레드를 생성하고 대기 목록에 넣음 |
| 스케줄링 | 누가 CPU를 사용할지 결정 |
| 양보 처리 | 실행 중인 스레드가 자발적으로 CPU를 내놓음 |
| 멈추기 | 스레드가 자원 기다릴 때 잠시 대기시킴 |
| 깨우기 | 자원이 생기면 다시 줄 세움 |
이 과정을 한마디로 부르면?
스케줄링(Scheduling)이다.
스레드는 어떤 정보로 구성될까?
운영체제가 스레드를 관리하기 위해
스레드를 한 구조체(struct)로 정의해 놓았다.
이 구조체에는 다양한 정보가 담겨 있지만,
스케줄링 관점에서 특히 중요한 두 가지는 아래와 같다.
- status: 지금 스레드가 어떤 상태에 있는지 나타냄 (예: 실행 중, 대기 중 등)
- priority: 여러 스레드가 기다릴 때, 누가 먼저 실행될지 정하는 기준
ready_list에 들어간 스레드는 모두 THREAD_READY 상태이고,
CPU를 받을 기회를 기다리고 있는 중이다.
실행 순서의 기준: priority
운영체제는 스레드들을 단순히 먼저 온 순서로 실행하지 않는다.
대신, 우선순위(priority)를 기준으로 스레드를 줄을 세운다.
"더 급한 스레드 먼저 실행시켜줘!"
이런 방식이다.
PintOS Project 1에서 우리가 한 일은?
우리는 이 스레드 관리 기능 전체를 직접 구현했다.
1. 스레드 만들기 – thread_create()
tid_t thread_create(const char *name, int priority, thread_func *function, void *aux);새로운 스레드를 만든다.
이 스레드는 당장 실행되는 게 아니라,
CPU 대기열인 ready_list에 들어간다.
스레드 하나 만들고, 대기 줄에 세운다!
2. 실행 대기 – ready_list와 schedule()
ready_list는 말 그대로 “누가 다음으로 CPU 쓸까?” 하는 줄이다.
여기엔 스레드들이 우선순위 순으로 정렬되어 있다.
schedule() 함수는 ready_list를 보고
가장 우선순위 높은 스레드를 골라서 실행시킨다.
줄에서 1등 스레드를 골라 CPU를 준다!
3. CPU 양보 – thread_yield()
스레드가 자발적으로 CPU를 양보하고 싶을 때가 있다.
예를 들어,
“지금보다 더 급한 스레드가 생겼네? 난 좀 쉬자~” 이런 느낌이다.
thread_yield();스레드는 다시 ready_list에 들어가고
schedule()이 다른 스레드를 실행시킨다.
내가 먼저였지만, CPU 잠깐 줄게!
4. 멈추기 – thread_block()
스레드가 무조건 CPU를 계속 갖고 있을 순 없다.
자원을 기다려야 할 수도 있고,
시간이 되기 전까진 실행되면 안 될 수도 있다.
thread_block();실행 중이던 스레드를 멈추고 blocked 상태로 만든다.
ready_list에서도 제외된다.
난 지금 못 움직여 .. 자원이 올 때까지 멈출게!
5. 다시 깨우기 – thread_unblock()
thread_unblock(thread *t);기다리던 자원이 생기거나,
타이머가 끝나면
스레드를 다시 ready_list에 넣어준다.
자원 생겼어! 이제 나도 줄 설게 ~
🐭 짤막한 회고
처음엔 스레드(thread)가 정말 추상적으로 다가왔는데,
CPU가 명령어를 실행해가는 하나의 흐름이라는 것의 의미를
이번 프로젝트를 통해 비로소 제대로 이해하게 된 것 같다.
중간에 알 수 없는 오류들로 여러번 당황했지만,
팀원이 gdb 사용법을 알려줘서 디버깅하는 방법도 익혀갈 수 있었다.
오류를 마주해도 당황하지 않고 하나씩 들여다보는 힘이 생긴 것 같아 뿌듯하다.
