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다중 Thread 프로그래밍

다중 Thread 프로그래밍 feature image

여러 작업을 하는 운영체제

코어가 1개인 CPU는 본질적으로 한 순간에 1개의 일밖에 할 수 없습니다. 그런데 현대의 컴퓨터는 컴퓨터를 킨 순간부터 여러 개의 작업을 수행합니다. 물론, 현대의 컴퓨터는 1 코어보다는 멀티 코어가 대중화되어 있습니다. 다만 그 코어의 개수도 개인 컴퓨터 수준에서는 4~8개 수준이므로, 하나의 컴퓨터는 한 순간에 4~8개의 작업만 수행할 수 있습니다. 하지만, 개인 컴퓨터들은 이보다 더 많은 일을 수행합니다. 이것이 어떻게 가능할까요?

많은 작업을 동시다발적으로 가능하게 하는 것은 바로 Process 입니다. 하나하나 켜진 프로그램들은 운영체제에서 Process 라고 부릅니다. 엄밀한 의미에서 “Process = 프로그램”은 아니지만, 이렇게 이해해도 크게 문제는 없습니다.

이제 우리가 이해한 컴퓨터들은 300여 개의 일을 Process 를 통해 가능하게 해줍니다. 하지만, 이것만으로 충분하지는 않습니다. 예를 들어 1개의 웹 서버가 300명의 클라이언트밖에 수용할 수 없다면, 하루 방문자 수(클라이언트)가 수천 만에 달하는 곳들은 운영을 할 수 없을 것입니다.(소위 말해 서버가 계속 터질 것입니다.) 즉, Process 안의 세분화된 또 다른 개념의 도입이 필요해진 것입니다.

Thread 개념

여기서 도입되는 것이 Thread 입니다. 먼저 Thread 의 기본 개념 및 구성에 대해 살펴보면 다음과 같습니다.

Thread는 CPU 이용의 기본 단위 입니다. Thread는 스레드 ID, 프로그램 카운터, 레지스터 집합, 스택으로 구성되며, 같은 프로세스에 속한 다른 스레드와 코드, 데이터 섹션 외 운영체제 자원을 공유합니다.

Thread 는 프로세스 안에서 만들어지는 것들로, 프로세스들의 자원들을 공유합니다. 앞서 예를 들었던 웹 서버라는 프로세스가 다중 Thread 로 클라이언트에 대해 응답하는 방식을 살펴보면 아래 그림과 같습니다.

여기서는 크게 3 가지의 Thread 를 생성합니다.

  1. 클라이언트의 요청을 listen하는 Thread
  2. 요청에 대해 서비스할 Thread
  3. 추가적인 요청을 listen하는 Thread

즉, 웹 서버에 동시에 여러 사람이 요청을 보내올 때 하나의 프로세스가 각각의 클라이언트에 응대하는 것이 아니라, 각각의 반복적인 업무를 가지고 있는 여러 개의 Thread 를 생성하여 동시다발적으로 클라이언트에 대응(listen)하는 형태인 것입니다.

정리하자면, Thread 는 프로세스에서 이뤄지는 여러 가지 반복되는 일들을 세분화하여 작업을 수행하는 것이라고 할 수 있습니다.

Thread의 장점

Thread 사용의 장점은 다음과 같습니다.

  1. 응답성(responsiveness) - 응용 프로그램이 긴 작업을 시행할 경우에도 스레드를 통해 또 다른 프로그램을 실행할 수 있다.
  2. 자원 공유(resource sharing) - 한 응용 프로그램이 같은 주소 공간 내에서 여러 개의 다르 작업을 하는 스레드를 가질 수 있게 한다.
  3. 경제성(economy) - 프로세스 생성보다 경제적
  4. 규모 가변성(scalability) - 다중 CPU 상황에서 여전히 병렬적으로 일을 수행할 수 있다.

Thread 예시(Java)

참고자료 : Operating System Concepts 8th edition

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