[ OS / 운영체제] Thread Pools, fork() and exec(), Thread Local Storage in pthread, Signal Handling

Windows에서 어떻게 쓰이는 지도 잘 익혀 놓을 것

 

 

Implicit Thread

명시적으로 만들지 않아도 MultiThread를 사용할 수 있는 방법이 존재한다. THread Pools, OpenMP, Grand Central Dispatch의 방법 3가지 존재한다. 앞의 두 가지만 설명할 예정

 

 

Thread Pools

요청을 할 때마다 Thread를 처리하고 없애고 처리하고 없애고의 과정을 반복한다. 시간은 짧지만 계속 반복적인 작업을 해야하는 경우가 생긴다. 이런 경우 작업 하는 것보다 만들고 없애는 것의 Overhead가 더 커져버린다. 이를 해결하기 위한 것이 Thread Pool이라고 한다. 살아있는 Thread를 몇 개 만들고 살려서 이를 계속 사용하는 것을 의미한다. 제일 중요한 점은 Thread를 Create하고 없애고 하는 것을 반복하는 것이 아니라 할 일이 있을 때마다 불러서 사용한다는 것이다. 제일 중요한 점은 Create Delete 함수 Overhead를 없앨 수 있다. 그리고 굉장히 많은 수의 Thread를 만들지 않아도 현재 존재하는 Thread의 개수가 최대 개수로 활용을 할 수 있다는 점이 장점이다. 

 

 

Windows Thread Pool

어떻게 WIndow에서 사용을 하는가. 

CALLBACK_ENVIRON은 원하는 작업을 사용하고자 할 때. 환경을 initialize할 수 있다.

Thread Pool을 사용할 때 여러 개의 Thread 를 여러 개 사용해야 하는 귀찮음이 존재한다. loop를 활용해서 기다리는 과정을 해야 한다. 어떤 쓰레드를 통째로 지정하고 그룹을 단위로 Wait도 하고 명령을 하고 싶을 때 사용되는 것이 CLEANUP_GROUP 이다. 

 

Windows Thread Pool

CreateThreadpoolWork는 Callback function을 받아서 callback function이 working하기 위한 환경을 결합해서 work를 만들어준다. 그리고 SubmitThreadpoolWork 함수를 호출하게 된다. 이것이 ThreadPool에 내가 요청한 작업을 해달라는 명령이 수행되는 단계이다. 그리고 모든 Callback이 수행될 때까지 기다리는 것이 아니라 CleanUpGroup에 있는 모든 Callback을 기다리라는 것이다.

 

 

OpenMP

명시적으로 쓰레드를 만들 필요가 없다. Compiler Pragma를 사용한다. #은 전처리를 의미한다. 컴파일러한테 주는 명령으로 볼 수 있다. parallel이라고 적혀있으면 다음 적혀 있는 코드를 모든 CPU에서 실행하게 된다. Quard Core의 경우 해당 print 문이 4번 실행되게 된다. 두 번째의 경우 for라는 명령어가 들어가있다. 이런 경우 for문을 모든 CPU에 나눠서 해당 작업을 시행하게 하는 명령어이다. 

 

fork() and exec()

 Process 를 복사해서 Process 를 그대로 만들어 내는 것을 fork라고 한다. 존재하는 Thread를 모두 Fork를 해야 한다. 반대로 하나의 Thread만 Fork를 지원하는 것도 가능하다. UNIX는 둘 다 지원을 한다. fork1은 Thread가 여러 개 있다고 하더라도 fork 하나를 호출하는 것을 의미한다.  exec(), 프로그램 코드를 바꿔치기하는 함수. 모든 Thread의 코드를 바꿔야 한다. 

 

Cancellation

Parent 입장에서 child는 더 이상 필요없다고 생각을 할 때 죽이는 명령을 수행할 수 있다. 그 함수가 pthread_cancel 함수이다. Parent Process와 Child Process는 독립적인 관계를 가지고 있기 때문에 Child를 아무 문제 없이 죽일 수 있다. Thread의 경우는 하나의 Thread가 죽으면 다른 Thread에도 영향을 미치게 된다. 그러므로 죽일 때는 옵션을 가지고 실행을 해야 한다. 

 

Cancellation

내가 죽을 수 있을지 없을지를 결정해주는 함수가 존재한다. PTHREAD_CANCEL_DISABLE 옵션이다. PTHREAD_CANCEL_ENABLE은 내가 죽을 준비가 되었다는 것이다. 내가 죽는 방식도 두 가지 방법이 존재한다. 죽으라고 하는 명령을 했을 때 바로 죽으려면 PTHREAD_CANCEL_ASTNCHRONOUS 옵션을 사용하면 된다. PTHREAD_CANCEL_DEFFERRED는.... (찾아보기) pthread_testcancel()은 내가 죽기를 바라는 함수가 존재하는지를 파악하는 함수이다. 전역변수를 사용하는 방법이 훨씬 더 안전한 방법이다.

 

pthread.cancel()은 남을 죽이는 명령어

pthread.exit()은 내가 죽겠다는 명령어

 

 

Signal Handling

Signal이 뭔가? 외부에서 신호가 들어오면 signal을 받게 된다. Interrupt와 비슷하지만 가장 큰 차이점은 Handler가 User mode에서 돌아간다는 것이다. User Process를 위해서 만들어진 메카니즘이다. Unix <-> Window

 

Example of UNIX Signals

#define SIGINT 가 중요하다. ctrl c  를 누르게 되면 2번 신호를 날리게 된다. Signal Handler가 작동을 한다. 모든 프로그램에는 Default hanlder가 존재하고 2번 signal은 자기 자신을 terminate하는 handler가 작동하게 된다. signal handler를 지정할 수 있다는 것이 중요하다. 

 

Installing Signal Handler

signal함수는 signal handler를 등록하라는 명령어의 함수이다. signal을 보내라는 신호가 아니다(***********************)

두 번째 argument가 function pointer이다. sig_handler의 경우 내가 지정한 handler의 처리가 되는 것이다. 1초마다 숫자를 하나씩 세는 loop이다. 어떻게 죽여야 하는가? SIGNAL HANDLER 중에는 override 하지 못하도록 만든 것이 존재한다. 그것이 9번 SIGNAL이다. 9번은 바꿔칠 수 없는 SIGNAL을 의미한다. ctrl + \ 를 의미한다. 

 

Signal Handling

Multithread 환경에서 Signal이 어떻게 처리가 되는가!! 방법이 여러가지 존재한다. signal handler를 등록할 때 명령하는 함수는  signal이다. 그렇다면 signal은 어떻게 보내는가. pthread_kill 함수를 통해서 보내게 된다. 

 

Thread-Local Storage

Thread 별로 독립적인 내용을 저장하고 싶을 때. Local이 아니라 Global 별로 사용하고 싶은 경우가 존재한다. Local variable은 따로 따로 존재한다. 반면 Global은 모든 Thread가 공유하는 데이터이다. 

 

Thread Local Storage in pthread

__thread int tls는 modifier이다. tls 변수가 Thread local Storage에 들어간다. 여러 개의 Thread가 각각 tls 변수를 접근하면 별도의 변수에 접근할 수 있게 된다. 전역 변수이기 때문에 함수 밖에서 선언을 해야 한다. 

 

Thread-Local Storage in pthread

코드 직접 돌려보기.