- 프로세스는 커널 프로세스와 사용자 프로세스로 나뉘며 스레드에도
커널 스레드와사용자 스레드가 있다.- 사용자 스레드 : 라이브러리에 의해 구현된 일반적인 스레드이다.(java에서 스레드 함수를 쓰는 경우)
class thread1 extends Thread {
public void run () {
// .. 병렬처리 할 코드 구현
}
}- 커널 스레드 : 커널이 직접 생성하고 관리하는 스레드이다.
- 사용자 스레드(user-level thread)는 운영체제가 멀티 스레드를 지원하지 않을 때 사용 하는 방법으로 초기의 스레드 시스템에 사용.
- 사용자 레벨에서 스레드를 구현하기 때문에 관련
라이브러리를 사용하여 구현하며 라이브러리는 커널 스레드에서 사용되는 스케줄링이나 동기화 같은 기능을 대신 구현한다. - 때문에 커널 입장에선 이 스레드는 하나의 프로세스처럼 보인다.
-
사진과 같이 사용자 스레드는 커널 입장에서는 일반 프로세스지만 커널이 하는 일을 라이브러리가 대신 처리하여
여러 개의 스레드를 작동한다. 하나의 커널 스레드와 여러 개의 사용자 스레드가 존재하기 때문에1 to N모델이라고 부른다. -
프로세스 1개(사용자 스레드 N개) 당 커널 스레드 1개가 할당된다.
-
프로세스 내에 스레드 라이브러리가 있어서 커널의 도움 없이 스레드의
스케줄링을 할 수 있다. -
스레드 정보(TCB, Thread Control Block)는 프로세스 내에서, 프로세스 정보(PCB)는 커널에서 관리한다.
- 스케줄링과 동기화를 위해 System Call(커널 호출)을 하지 않기 때문에 오버헤드가 적다. 문맥 교환이 필요 없기 때문에 속도가 빠르다. 커널에서 문맥 교환을 하는 이유는 시간을 나누어 서로 다른 프로세스를 처리하기 위해서인데, 사용자 스레드는 같은 프로세스에서 이뤄지기 때문에 해당 과정이 생략된다.
- 컨텍스트 스위칭 : CPU에서 인터럽트 발생으로 현재 작업중인 프로세스가
블록되고 다른 프로세스로 변경할 때, CPU 내 레지스터 다음에 실행할 정보들로 교체를 하고 캐시를 비운다.
- 컨텍스트 스위칭 : CPU에서 인터럽트 발생으로 현재 작업중인 프로세스가
- 커널은 사용자 스레드 존재조차 모르기 때문에 모드간의 전환이 없어 성능 이득이 발생한다.
- 시스템 전반에 걸친 스케줄링 우선순위를 지원하지 않는다 (위에서 말한 라이브러리를 통해서만 스케줄링함)
- 하나의 스레드가
System Call(커널 호출)하면 해당 프로세스 내 모든 스레드가 중단됨(해당 프로세스의 사용자 스레드들을 하나의 프로세스로 보기 때문) - 한 프로세스의 타임 슬라이스를 여러 스레드가 공유하기 때문에 여러 개의 CPU를 사용할 수 없다. CPU를 여러 개 갖추고 멀티스레드를 지원하는 커널의 경우 여러 CPU에 나누어 작업이 가능하지만, 커널 입장에서 사용자 스레드는 하나의 프로세스로 인식하므로 작업을 나눌 수 없다.
- 커널 스레드(kernal-level thread)는 커널이 멀티스레드를 지원하는 방식으로, 하나의 스레드가 하나의 커널 스레드와 연결되기 때문에 1 to 1 모델이라고 부른다.
- 커널 스레드는 독립적으로 스케줄링이 되므로 특정 스레드가
대기 상태에 들어가도 다른 스레드는 작업을 계속 할 수 있다. - 커널이 전체 TCB와 PCB를 관리한다.
- 커널 스레드의 장단점은 사용자 스레드의 장단점과 반대라고 생각하면 된다.
- 커널이 각 스레드를 개별적으로 관리할 수 있다.
- 커널 스레드는 커널 레벨에서 모든 작업을 지원하기 때문에
멀티 CPU를 사용할 수 있다. - 동작중인 하나의 스레드가
System Call(커널 호출)해도 다른 스레드는 계속 실행될 수 있다.
- 스케쥴링과 동기화를 위해 System Call(커널 호출)을 하는데 오래 걸림
- 사용자 모드와 커널 모드 간 전환이 빈번하게 발생하여 성능이 저하된다.
- 멀티레벨 스레드(multi-level thread) 또는 하이브리드 스레드(hybrid-thread)는 사용자 스레드와 커널 스레드를 혼합한 방식으로 M to N 모델이라고 부른다.
- 멀티레벨 스레드에서는 커널 스레드의 개수가 사용자 스레드보다 같거나 작다.
- 커널 스레드 개수 <= 사용자 스레드 개수
- 사용자 스레드와 커널 스레드의 장단점을 모두 갖고 있다.
- 하나의 커널 스레드가 대기 상태에 들어가면 다른 커널 스레드가 대신 작업을 하여 사용자 스레드보다 유연하게 작업을 처리할 수 있다.
- 하지만, 커널 스레드를 같이 사용하기 때문에 여전히 문맥 교환 시 오버헤드가 발생하여 사용자 스레드만큼 빠르지 않다.
