Operating system - Concurrency

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앞에서는 virtualization과 같은 것을 배웠다. 이번 장에서는 프로세스를 위한 새로운 개념인 thread에 대해 배울 것이다. 프로그램이 한 순간에 하나의 명령어만 실행하는 고전적인 관점에서 벗어나 멀티 쓰레드 프로그램은 하나 이상의 명령을 실행하게 한다. 쓰레드는 주소 공간을 공유한다. 여기에서도 context switch가 일어나야 한다. 각 register의 상태를 저장하고 실행을 위해 복원해야한다. 프로세스는 process control block(PCB)라는 자료구조에 프로세스 상태를 저장했었는데 thread는 TCB(Thread Control Block)에 상태를 저장하게 된다. 프로세스와 쓰레드의 큰 차이점은 page table을 전환할 필요가 없다는 것이다.

Thread는 주소공간을 공유한다. 여기서 눈 여겨 봐야하는 것은 stack이다.

Thread의 개수에 따라 stack의 개수도 늘어나게 된다. 이에 대해서는 나중에 다룰 것이다.

◼︎ Why Use Threads?

왜 쓰레드를 사용하려는 것일까? 크게 2가지의 이유가 있다.

1. 병렬 처리가 간단하다
2. 느린 I/O에 의해 프로그램 수행이 차단되는 것을 막기 위해

◼︎ Thread creation

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <pthread.h>

void *mythread(void *arg) {
    printf("%s\n", (char *) arg);
    return NULL;
}
s
int main(int argc, char *argv[]) {
    pthread_t p1, p2;
    int rc;
    printf("main: begin\n");
    // 쓰레드를 만듭니다.
    pthread_create(&p1, NULL, mythread, "A");
    pthread_create(&p2, NULL, mythread, "B");
    // 쓰레드를 실행하고 완료되길 기다립니다.
    pthread_join(p1,NULL);
    pthread_join(p2,NULL);
    printf("main: end\n");
    return 0;
}

이걸 실행해보면 AB가 나오기도 하고 BA가 나오기도 한다. 이는 일어난 과정을 보면 알 수 있다.

뭐가 먼저 할지는 랜덤이다. 아무도 모른다. 그래서 여러가지의 경우의 수가 나오게 되는 것이다.

◼︎ Shared data

#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <pthread.h>

static volatile int counter = 0;

void *mythread(void *arg) {
    printf("%s: begin\n", (char *) arg);
    int i;
    // 전역변수 counter를 1씩 100만번 증가시킵니다.
    for (i = 0; i < 1000000; i++){
        counter += 1;
    }
    printf("%s: done\n", (char *) arg);
    return NULL;
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    pthread_t p1, p2;
    printf("main: begin (counter = %d)\n", counter);
    pthread_create(&p1, NULL, mythread, "A");
    pthread_create(&p2, NULL, mythread, "B");

    pthread_join(p1,NULL);
    pthread_join(p2,NULL);

    printf("main: done (counter = %d)\n",counter);
    return 0;
}

이번엔 이 코드를 실행할건데 100만 + 100만이라서 counter를 print하면 200만이 나올것 같은데 순서도 지멋대로고 counter도 200만보다 작은 숫자가 나오게 된다. 왜 이런 것일까?

mov 0x8049a1c, %eax
add $0x1, %eax
mov %eax, 0x8049a1c

어셈블리 어를 이용하여 좀 봐보면 된다.

맨 마지막 줄이 떨어져서 실행이 되기 때문에 이미 51로 늘어났는데 그것을 mov시켰기에 52가 아닌 그냥 51이 나오는 것이다. 이런 상태를 race condition이라고 하고 여기서 공유되는 값을 critical section이라고 한다. 어느 쓰레드가 critical section에 접근하면 다른 스레드는 오지 못하게 하는 mutal exclusion이 필요하다.

이는 atomicity라는 것을 이용해서 해결 할 수 있다. 3줄이던 것을 한줄로 만들어버리는 것이다.

memory-add 0x8049a1c, $0x1

뒤에서는 이러한 것들에 대한 내용을 다룰 것이다.