[리눅스 개발환경] 11. 스레드

[tonykang22]

11. 스레드

스레드 개요

스레드(Thread)란?

• 어떤 프로그램(프로세스) 내에서 실행되는 흐름의 단위, 일반적으로 한 프로그램은 하나의 스레드를 가지지만, 둘 이상의 스레드를 동시에 실행할 수도 있다. (멀티스레드, Multithread)
• 예를 들어 어떤 신호나 데이터 입력을 기다리다가 입력이 들어오면 입력 데이터를 분석하여, 분석의 결과를 특정 파일에 기록하는 프로그램을 작성한다고 가정하자.
• 절차식 언어인 C 프로그램의 특성 상 main() 함수의 흐름대로 입력을 기다리고 해당 입력 데이터를 읽어서(read),
• 분석의 결과를 특정 파일에 기록(write) 루틴이 끝나면 다시 루틴의 처음으로 가서 입력 데이터를 기다리게 될 것이다.(read)
• 하지만 처리하는 도중에 입력이 들어올 경우 해당 입력은 읽어들이기 전까지 대기하게 된다.
• 이럴때 여러 입력을 병렬적으로 처리할 수 있는 방법중에 하나가 스레드(Thread) 이다.
• 입력 데이터를 읽어서 처리하는 스레드가 존재하면,
• 입력 데이터를 인지할 때마다 이후 처리를 스레드에게 맡기고, 다시 입력 데이터를 인지할 수 있다.
• 즉, 여러 입력 데이터를 처리하는 스레드가 동시에 여러개가 동작하는 것이다.

main() {
    while (true) {
        if (입력 데이터 존재)
            처리 쓰레드(work) 생성; /* 생성 되자마자 다시 루프 */
    } 
}

work(입력 데이터) { /* 별도 독립적으로 동작 */ 
    입력 데이터 분석;
    데이터 처리;
    파일에 기록;
}

다중 프로세스와 다중 스레드 차이

• 다중 프로세스의 경우 프로세스간 데이터 공유를 위하여 IPC 등의 매커니즘을 이용하여, 데이터 공유 다중 스레드의 경우 프로세스 내에서 전역변수 등 데이터 공유
• 다중 프로세스의 경우 프로세스간의 컨택스트 스위칭 시 다중 스레드보다 많은 비용을 소모하므로, 다중 스레드가 좀 더 빠를 수 있고 메모리 공유로 인하여 메모리를 절약할 수 있다.

프로세스 컨택스트 스위칭 이란?

• 특정 CPU에서 A라는 프로세스가 돌아가다가 B라는 프로세스 작업을 처리해야하는 경우
• A 프로세스를 위해 가지고 있던 가상 메모리 공간, 버퍼 등을 비우고 B 프로세스를 위한 가상 메모리 공간, 버퍼 등을 준비해야 한다.
• 이 처리를 컨택스트 스위칭이라 한다.

주의할 점

• 동일한 프로세스의 다중 스레드의 경우 공유된 리소스에 동시 접근할 경우 동기화에 주의해야 한다.
• 경쟁상태에서 데이터의 원자성이 깨지거나, 동기화 락 사용 시 데드락 등에 주의해야 한다.

스레드 개요

• 리눅스에서는 Pthread API를 통해 스레드를 지원하고 있다.
• 일반적으로 Pthread라고 하는 POSIX 스레드는 표준 POSIX.1c, 스레드 확장 (IEEEstd 1003.1c-1995)에 정의된 API.
• Pthread API는 파일에 정의되어 있으며, API의 모든 함수는 pthread_로 시작한다.
• Pthread API가 코드에 추가된 경우 gcc를 통해 컴파일할 때는 –pthread 플래그를 통하여 libpthread 라이브러리를 링크해 주어야 한다.
• # gcc -pthread hello.c –o hello
• 다음으로 스레드 생성, 종료, 대기, 동기화 하기 위한 API들을 알아보자.

스레드 생성

#include <pthread.h>

int pthread_create (pthread_t *thread,
                                 const pthread_attr_t *attr,
                                 void *(*start_routine) (void *), 
                                 void *arg);

• pthread_create()는 새로운 스레드를 생성한다.
• 생성되는 새로운 스레드는 arg를 인자로하는 start_routine 함수를 수행한다.
• thread 인자는 NULL이 아니라면, 새로 만든 스레드를 나타내는 스레드 ID를 저장한다.
• attr 인자는 스레드 생성 시 속성을 변경하기 위한 값이며, NULL일 경우 기본 속성을 따른다.
• 성공할 경우 0 반환, 실패할 경우 0이 아닌 에러 코드를 직접 반환.
• errno
  • EAGAIN : 새로운 스레드를 만들기 위한 리소스 부족
  • EINVAL : 유효하지 않은 attr 속성 값
  • EPERM : 권한 오류

void * start_routine (void *arg);

• start_routine() 함수는 위와 같은 형식을 갖는다.
• fork()와 유사하게 새로 생성된 스레드는 부모 스레드로부터 대부분의 속성과 기능, 상태 등을 상속받는다.
• 하지만 프로세스와는 다르게 스레드는 부모 스레드의 리소스를 공유한다.
• 생성된 스레드는 pthread_exit()을 호출하거나 start_routine에서 return할 경우 종료된다.

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <string.h> 
#include <pthread.h>

void *start_func(void *arg)
{
    int i, num = *(int *)arg; 
    for (i = 0; i < num; i++)
        printf("%d\n", i); 
    pthread_exit((void *)0);
}

int main() {
    int num = 10; 
    pthread_t thread_t; 
    int ret, status;

    ret = pthread_create(&thread_t, NULL, start_func, (void *)&num);
    if (ret) {
        printf("pthread_create error: %s\n", strerror(ret));
        return -1; 
    }

    pthread_join(thread_t, (void **)&status); 
    printf("Thread returned: %d\n", status); 
    return 0;
}

스레드 종료

#include <pthread.h>

void pthread_exit (void *retval);

• pthread_exit()는 현재 실행중인 스레드를 종료시키기 위해 호출한다.
• retval은 해당 스레드가 종료되기를 기다리는 다른 스레드에게 전달할 값이다.

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

void *start_func(void *arg)
{
    int i, num = *(int *)arg; 
    for (i = 0; i < num; i++)
        printf("%d\n", i); 
    pthread_exit((void *)0);
}

#include <pthread.h>

int pthread_cancel (pthread_t thread);