운영체제 8주차

(1)

운영체제 8주차

부산가톨릭 대학교, 컴퓨터공학과

변상선

(2)

HW #2

•

Named pipe 를 이용하여 두 프로세스 간에 다음의 통신을 하도록 하라

•

첫번째 프로세스에서는 양의 정수 두 개를 키보드를 통해 입력 받아 pipe를 통해 전달받은 두 숫자를 두번째 프로세스에게 전달한다

•

두번째 프로세스는 첫번째 프로세스로부터 넘겨받은 두 개의 숫자사이에 있는 모 든 값을 더해서 그 결과를 첫번째 프로세스에게 pipe를 통해 전달한다 (예를 들 어, 1과 10이 넘겨졌으면 1부터 10까지 모두 더해서 그 결과를 전달한다)

•

첫번째 프로세스는 두번째 프로세스로부터 전해받은 결과를 화면에 출력한다

•

Named pipe는 mkfifo() 함수를 통해서 생성한다

•

^{참고 자료}

•

http://blog.divelia.com/223

•

http://molrayo.tistory.com/entry/Network-mkfifo-

%EC%98%88%EC%A0%9C

(3)

Motivation

•

Concurrency within A PROCESS

•

Multithreaded process

•

Increase efficiency

•

Event driven task

•

Display update

•

Spell checking

•

Answer a network request

•

Process => heavy-weight, thread => light-weight

(4)

Multithreaded server architecture

client

(1) request (2) create new

thread to service the request

(3) resume listening for additional client requests

server thread

(5)

Benefits

• Responsiveness

• 프로세스의 일부 (어떤 쓰레드)가 block 되어도 다른 쓰레드를 진행 가능,

• 프로세스가 특정 연산을 수행 중이어도 사용자 인터페이스는 활성화

• Resource Sharing

• 프로세스의 자원 (변수 및 메모리)를 공유, 별도의 IPC 메커니즘이 불필요

• ^Economy

• 쓰레드 생성 << 프로세스 생성

• 쓰레드 스위칭 << 프로세스 문맥교환

• Scalability

• Multiprocessor (multicore) 환경을 효과적으로 이용

(6)

Multicore programming

• 멀티코어 환경에서 프로세스가 멀티코어 아키텍쳐를 효과적으로 사용하게 하기 위해서는 응용프로그 램이 그에 걸맞게 만들어져야 함

• Multi-thread로 제작

• 가급적 하나 이상의 쓰레드는 언제나 실행이 되도록

• 쓰레드간의 의존성 최소화

• 쓰레드간의 공유 변수 및 자원 최소화

• Parallelism vs. concurrency

• Type of parallelism

• Data parallelism

• 데이터를 쪼개서 각 코어에서 (같은 연산을) 나누어서 수행

• ^{배열의 덧셈}

• Task (instruction) parallelism

• 각 코어에서 다른 연산을 수행

(7)

Concurrency vs.

parallelism

T₁ T₂ T₃ T₄ T₁ T₂ T₃ T₄ T₁ single core

time

…

T₁ T₃ T₁ T₃ T₁

core 1

T₂ T₄ T₂ T₄ T₂

core 2

time

…

(8)

Single and multithreaded processes

registers

code data files

stack registers registers registers

code data files

stack stack

stack

thread thread

single-threaded process multithreaded process

(9)

User thread and kernel thread

•

User thread

•

Managed and scheduled by user-level thread library

•

Windows Fiber

•

Java Thread

•

GNU Portable Threads

•

Solaris Green Threads

•

Kernel thread

•

Managed and scheduled by kernel

•

Windows => Windows Thread

•

Linux, Solaris, Mac OS X => POSIX Pthread

(10)

Multithreading models

•

Many-to-one

•

^One-to-one

•

Many-to-many

(11)

Many-to-one

•

Many user-level threads => one kernel thread

•

One thread blocking cause all to block

•

Multiple threads may not run in

parallel on multicore system because only one may be in kernel at a time

•

^Example

•

Solaris Green threads

•

GNU portable threads

user thread

kernel thread k

(12)

One-to-one

• Each user-level thread maps to kernel thread

• Creating a user-level thread creates a kernel thread

• More concurrency than many-to-one

• Number of thread per process sometimes restricted due to overhead

• ^{대부분의 운영체제}

• Windows NT/XP/2000

• ^Linux

• Solaris 9 and later

user thread

kernel thread k k

k k

(13)

Many-to-many model

• 여러개의 user-level thread -> 여러개의 kernel thread

• # of user-level threads >= # of kernel threads

• 필요한 만큼의 user-level thread 생성이 가능

• Windows NT/2000

• ^Fiber

user thread

kernel thread k

k k

(14)

Many-to-one vs. one-to- one vs. many-to-many

t

• Process 1 => thread A, thread B, thread C

• Process 2 => thread D, thread E, thread F

Process 1 thread A-B-

C

Process 2 thread D-E-

F

Process 1 thread A-B-

C

Process 2 thread D-E-

F

t

Process 1 tA tB tC

Process 2 tD tE tF

Process 1 tA tB tC

Process 2 tD tE tF

t

Process 1 tA-B tC

Process 2 tD-E tF

Process 1 tA-B tC

Process 2 tD-E tF

3-to-2

(15)

Two-level model

•

Similar to M:M, except that it allows a user thread to be bound to kernel thread

•

^Examples

•

^IRX

•

^HP-UX

•

Solaris 8 and earlier

user thread

kernel thread k

k

k k

(16)

Thread libraries

•

Thread library provides with API for creating and managing threads

•

^{구현 방법}

•

Library entirely in user space

•

Kernel-level library supported by OS

(17)

Pthreads

•

A POSIX standard (IEEE 1003.1c) API for thread creation and synchronization

•

쓰레드 구현에 대한 명세

•

실제 구현은 커널 또는 사용자 레벨에서 구 현됨

•

Solaris, Linux, Mac OS X

•

Kernel-level 에서 구현

(18)

Pthreads example

(19)

Pthread example

(20)

Pthread code for joining

10 threads

(21)

Implicit threading

• 자동화된 multi-threaded programming

• 프로그래머는 병렬로 처리되는 부분만 명시, 실 제 쓰레드 생성, 개시, 종료 동작은 컴파일러에 의해 자동적으로 명시

• Thread pools (Windows), OpenMP (Unix), Grand central dispatch (Mac OS X and iOS), Intel threading building blocks (TBB),

java.util.concurrent package

(22)

OpenMP

(23)

Semantics of fork() in thread

•

Thread에서 fork() 시스템 콜 수행

•

모든 thread가 다 복제되는가? 아니면, 해당 fork()를 호출한 thread만 복제 되는가?

•

Pthread는 fork()를 호출한 thread만 자 식 프로세스로 복제

(24)

Signal handling

• ^Signal

• UNIX 운영체제에서 프로세스에게 특정 사건이 발생했음을 알리기 위해 사용

• ^{특정 사건}

• ^{사용자가 강제 종료}

• ^{타이머 만료}

• ^{0으로 나누기 발생}

• 허가되지 않은 메모리 접근

• 특정 사건에 해당되는 시그널 발생 => 해당 프로세스에게 전달 => 프로세스가 시그널을 처리 (handling)

• ^{시그널 핸들러}

• Default handler => 커널에 정의되어 있고, 커널이 실행

• User-defined handler => 사용자 프로그램에 정의

• 사용자 정의 핸들러가 정의되면 default handler를 대치

(25)

Signal handling

• 단일 쓰레드 프로세스인 경우?

• 프로세스에게 신호 전달

• kill(pit_t pid, int signal);

• 멀티 쓰레드인 경우?

• 여러 쓰레드 가운데 어떤 쓰레드에게 전달되어 야 할 지 선택

• phtread_kill(pthread_t tid, int signal);

(26)

HW #3

• 리눅스에서 Pthread 라이브러리를 이용하여 다음과 같 은 프로그램을 작성하시오.

• 세 개의 자식 thread를 생성, 각 thread에 이름을 부여

• 각 thread는 총 100개의 임의의 정수를 생성하여 그 가운데 최대 값을 저장

• 부모 thread는 모든 자식 thread 들이 종료한 후에 각

thread 가 생성한 최대 임의의 정수들 가운데 최대 값

을 출력하고, 그 최대 값을 출력한 thread의 이름을 출

력

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