# Outline

1. Motivation
2. Overview
3. Multicore programming
4. Multi threading models
5. Thread libraries
6. Thread Programming API

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1. Motivation

Many programs must perform several tasks that do not need to be serialized.

Process creation is resource-intensive and time-consuming.

1. Allocate a new pid, pcv and fill them in

2. Duplicate the address space

3. Make the child runnable.

4. IPC mechanism(EX: Shared-memory, Message pussing) is needed

Multithreading mechanism that reduces such overhead is required.

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2. Overview

Benefits:

1. Responsiveness(응답성):
   멀티쓰레딩은 다른 파트가 blocked 되어도 프로그램을 실행할수있게 해준다.

2. Resource sharing:
   쓰레드들은 프로세스의 코드,데이터,자원들을 공유한다.

3. Economy:
   process creation을 위해 메모리나 자원을 할당하는것은 꽤 비용이 든다.

4. Utilization of MP(multi-processor) Architectures:

Fundamental concepts:

A process is a compound entity that can be divided into
1. set of threads
2. a collection of resources

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3. Multicore programming

• Types of parallelism:
  1. Data parallelism
  2. Task parallelism

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4. Multi threading models

• Two types of threads

1. Kernel thread
   created and destroyed internally by Kernel
2. User thread
   supported above the Kernel and managed by the Thread library
   does not involve Kernel

• 유저 쓰레드를 관리하는건 쓰레드 라이브러리이다.

• OS가 관리하는 쓰레드는 Kernel 쓰레드이다.

Many-to-one:

One-to-One:

Many-to-Many:

• Multiplex: LWP(light weight process)가 user-thread를 kernel-thread에 mapping 해주는것.

• Scheduler Activation : upcall(Kernel의 state를 LWP에게 알려주고 LWP가 reassignment 하게 하는 메커니즘)을 통해 user-thread와 kernel-thread를 remapping 하게해주는 메커니즘.

Linux use one-to-one model:

• 리눅스는 thread를 생성할 때마다 쓰레드를 관리하는 PCB(process control block)가 생성된다.

• PCB가 존재한다는 것은 별도로 scheduling 되는 객체가 된다는 것이다. -> 별도로 CPU를 할당받을수있는 객체가 된다.

• 쓰레드를 관리하는 PCB의 역할을 위에서 보여줬던 Kernel-thread의 역할로 생각하면 된다.

• 리눅스에서 Kernel-Thread는 커널에서 해야할일들을 담당하고, user-thread와 mapping 관계는 없다.

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5. Thread libraries

Thread library

프로그래머들에게 쓰레드를 생성하고 관리하는 api를 제공해준다.

제공방법:

1. User-space에서 라이브러리 전체를 제공하는 방법

2. OS에 의해 제공되는 커널레벨 라이브러리를 User-space에서 구현하는 방법
   One to One 모델은 user-thread 마다 kernel-thread를 만들어야하기 때문에 2번 방식이다.

Thread programming example (pthread library)

Threading issues

1. Semantics of fork() and exec()

2. Thread cancellation

3. Signal handling:

• Signal은 프로세스에게 특정 이벤트가 발생했다고 알려주는 notification 이다.

• Signal이 발생하면 프로세스는 signal handler를 실행한다.

4. Thread pools:

• 제한없이 쓰레드를 생성하면 시스템의 resource를 독점한다.

1. 제한된 숫자의 쓰레드를 허락받거나

2. 쓰레드 풀안에 미리 정해진 수의 쓰레드를 만들어 놓고 만든 쓰레드를 계속 이용한다.

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6. Thread Programming API

1. pthread_create:

int pthread_create(pthread_t * tid, pthread_attr_t * attr, (void *) f, void *arg);

• create a new thread and run the thread routine f with an input argument of arg
• when pthread_create returns, argument tid contains cotains the ID of the newly created thread.
• pthread_attr_t is setting of thread attributes. null setting lis default setting.

2. pthread_join:

int pthread_join(pthread_t tid, void *thread_return);

• pthread_join function blocks until thread tid terminates
• It is similar to wait function but can only wait for a specific thread to terminate

3. pthread_exit

int pthread_exit(void *thread_return);

• terminating the thread with a return value of thread_return that will be transferred to pthread_join

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